/
Tags: общая технология машиностроения обработка металлов
ISBN: 978-5-91134-251-7
Text
В. В. КЛЕПИКОВ, А. Н. БОДРОВ
Технология
машиностроения
2-е издание, исправленное и дополненное
Допущено Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебника для студентов образовательных учреждений
среднего профессионального образования, обучающихся
по группе специальностей «Машиностроение»
УДК621я73
ББК 34.5(075.32)
К 48
Рецензенты:
заведующий кафедрой «Технология и металлорежущие системы
автомобилестроения» МГИУ, заслуженный деятель науки РФ,
академик AT РФ, доктор технических наук, профессор О. В. Таратынов;
заведующий кафедрой «Автоматизированные станочные системы
и инструменты» МГТУ (МАМИ), заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор А. М. Кузнецов;
главный технолог АМО ЗИЛ, кандидат технических наук, доцент Я. А. Курочкин
Клепиков В. В., Бодров А. Н.
К 48 Технология машиностроения: учебник. — 2-е издание — М.: ФОРУМ.
2008.— 864 с: ил.
ISBN 978-5-91134-251-7
Комплексно изложены основные положения и теоретические основы технологии
машиностроения. Приведены основы методики выбора и принятия технологических
решений. Раскрыты особенности и технологические юзможности способов и методов
обработки изделий. Приведены методики и примеры совершенствования
существующих и разработки новых способов обработки. Рассмотрены вопросы обеспечения
требуемого качества изготовления изделий, повышения производительности
технологических процессов и снижения себестоимости изделий в зависимости от типа
производства.
Предназначен для подготовки специалистов конструкторских и технологических
специальностей средне-технических учебных заведений и колледжей. Может быть
полезен технологам и конструкторам машиностроительных предприятий.
УДК621я723
ББК 34.5(075.32)
© Клепиков В. В., Бодров А. Н., 2004, 2008
ISBN 978-5-91134-251 -7 © Издательство «Форум», 2004, 2008
От авторов
В настоящее время наблюдается стремительное развитие технологии
машиностроительного производства.
Отличительной особенностью современного машиностроения является
ужесточение требований к качеству выпускаемых машин и их
себестоимости. В условиях рыночных отношений необходимо быстро реагировать на
требования потребителя. Побеждает в конкурентной борьбе тот, кто
способен быстрее реализовывать принятые конструктивные и технологические
решения.
В этих условиях создание новых учебных пособий является
необходимым и своевременным. В соответствии с общей тенденцией развития
машиностроения в предлагаемой книге большое внимание уделяется
обеспечению качества изготовления изделий. При написании данного учебника
использован многолетний опыт преподавания дисциплины «Технология
машиностроения».
При изложении материала авторы основное внимание уделяли наиболее
важным и трудноусвояемым разделам курса. В учебнике нашли отражения
перспективные разработки отечественных и зарубежных ученых, а также
результаты научных работ авторов. Сравнивая различные методы
обработки, авторы стремились соориентировать читателя на эффективные
технологические решения, обеспечивающие высокое качество изделий и
производительность труда.
Учебник может быть использован для подготовки специалистов
конструкторских и технологических специальностей. Учитывая стремительное
развитие технологии машиностроения, авторы будут признательны всем,
кто пришлет свои замечания по адресу: 109280, г.Москва, ул.
Автозаводская, 16.
Введение
Технология машиностроения является комплексной научной
дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства.
Изготовление современных машин осуществляется на базе сложных
технологических процессов, в ходе которых из исходных заготовок с использованием
различных методов обработки, изготавливают детали и собирают различные
машины и механизмы. При освоении новых изделий необходимо их
отработать на технологичность, выбрать заготовки, методы их пооперационной
обработки, оборудование и технологическую оснастку. При этом
приходится решать множество других технологических задач: обеспечение точности,
качества поверхностного слоя, экономичности и др.
Развитие машиностроительной промышленности способствует
повышению благосостояния общества. Труд специалистов машиностроителей
становится все сложнее и интереснее. Именно машиностроение является
главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможность
развития других отраслей.
Научные основы технологии машиностроения созданы в основном
отечественными учеными И. А. Двигубским, И. А. Тиме, А. П. Гавриленко,
А. П. Соколовским, А. И. Кашириным, В. М. Кованом, Б. С. Балакшиным,
М. Е. Егоровым, В. С. Корсаковым и многими другими.
Технический уровень любого производства в каждой отрасли
определяется уровнем технологии. При этом важно понять, как эффективно
изготавливать машины заданного качества в установленном количестве
при наименьших затратах. Для проектирования оптимальных
технологических процессов необходимы знания о технологических процессах,
способах и методах обработки наиболее эффективно используемых в
производственном процессе.
В связи с ускоряющимися темпами смены изделий и необходимостью
обеспечения их конкурентоспособности требования к технологии
машиностроения как науки резко возрастают. Однако при этом теория не должна
отдаляться от практики — как критерия истины.
Этому учил еще один из основателей машиностроения А. П.
Соколовский: «Учение о технологии родилось в цехе и не должно порывать с
ним связи. В противном случае работа технолога станет академической и
бесплодной...».
На основании обобщения многолетнего опыта были выработаны
эффективные технологические решения, знания которых позволяют выйти на
новый более высокий уровень, соответствующий постоянно возрастающим
4
требованиям к изготовлению машин. Технология машиностроения является
комплексной научной дисциплиной, опирающейся на производственный
опыт, синтезирующей технологические проблемы изготовления машин
заданного качества и количества в установленные сроки.
Учебный процесс требует постоянного пополнения материалов в свете
последних мировых достижений науки и производства. Решение этой задачи
возможно на базе опыта и глубоких знаний технологии производства.
Глава 1
Общие вопросы технологии машиностроения
и обработки изделий
Ш 1.1. Развитие технологии машиностроения
Термин «Технология» (от греч. techne — искусство, мастерство, умение)
означает совокупность методов обработки, изготовления, изменение
состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых
в процессе производства продукции. Задачей технологии как науки является
выявление физических, химических, механических и других
закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее
эффективных и экономичных производственных процессов.
Термин «процесс» (от лат. procesius — продвижение) означает
действие, направленное на достижение результата. В нашем случае имеются в
виду достижения результата в машиностроительной промышленности.
Машиностроение — комплекс отраслей промышленности,
изготовляющих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а
также предметы потребления и оборонную продукцию. Машиностроение
является материальной основой технического перевооружения всего
народного хозяйства нашей страны.
Развитие любой науки в том числе и технологии машиностроения
постоянно сопровождается изменением трактовки ее содержания. Развитие
технологии машиностроения прошло путь от описания опыта обработки и
сборки изделий до глубокого изучения закономерностей, возникающих в
процессе изготовления изделий и их коррекции путем автоматического
саморегулирования технологических процессов. Задачами технологии
машиностроения остаются снижение себестоимости и повышение производительности
обработки при высоком качестве изделий. Причем технологический процесс
должен строиться с учетом автоматического саморегулирования поскольку
с автоматизацией технологических процессов человек должен быть
отстранен не только от непосредственного осуществления, но и от управления
производственным процессом изготовления изделий. Эти функции
передаются ЭВМ, а человеку остается только следить за их работой. Но для этого
необходимо всесторонне изучить все связи и закономерности процесса
изготовления изделия.
Понятие «технология» применимо практически ко всем отраслям
народного хозяйства, в которых можно вьщелить не только способы, методы приема
6
труда, но и установить, что собой представляют средства и предметы труда, как
их лучше использовать и легче установить между ними взаимосвязи.
Одним из основных факторов, определяющих ускорение научно-
технического прогресса, является быстрое развитие технологии при
опережающем развитии фундаментальных исследований. Главной целью
разработки и освоения любой новой технологии должно быть обеспечение заданных
темпов роста производительности труда при снижении себестоимости и
повышении качества выпускаемых изделий. Необходимость разработки новых
технологий особенно остро ощущается в тех производствах, где старые
методы во многом уже исчерпали себя, и совершенствование традиционных
методов не может существенно улучшить экономические показатели.
Создание новых технологий обусловливается также ограниченностью трудовых
и топливно-сырьевых ресурсов. Новые технологии должны обеспечивать
снижение затрат на единицу конечной продукции, причем чем ограниченнее
ресурсы, тем в большей мере совершенствование технологии должно быть
направлено на их экономию.
В последние годы происходит постепенный переход от традиционных
технологических методов обработки к более прогрессивным физическим,
химическим и биологическим методам. Совокупность методов и приемов
изготовления машин, выработанных в течение длительного времени и
используемых в определенной области производства, составляет технологию
этой области. В связи с этим появились понятия: технология литья,
обработки давлением, сварки, механической обработки, сборки и др.
Однако под технологией машиностроения принято понимать научную
дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки
деталей и сборки машин, которая также затрагивает вопросы выбора заготовок,
методы их изготовления и т. д.
Сложность процесса и физической природы явлений, связанных с
механической обработкой, вызывает трудность изучения всего комплекса
вопросов в пределах одной технологической дисциплины и обусловливает
образование нескольких специализированных дисциплин. Таких как учение о
резании металлов, проектирование и расчет металлорежущего
оборудования, инструмента и т. д. Вопросы, характерные для технологии
специализированных отраслей машиностроения, изучают специальные дисциплины,
например, такие как: технология автотракторостроения, технология двига-
телестроения, технология станкостроения, технология дорожного и
строительного машиностроения, технология инструментального производства и др.
В курсе «Технологии машиностроения» изучают, в частности,
вопросы взаимодействия станка, приспособления, режущего инструмента и
обрабатываемой заготовки, пути построения наиболее рациональных,
т. е. наиболее производительных и экономичных технологических
процессов обработки деталей машин, включая выбор оборудования и
технологической оснастки, пути и методы рационального построения
технологических процессов сборки машин. Таким образом, научная дисциплина
7
«Технология машиностроения» изучает основы и методы производства
машин, которые используют в различных отраслях машиностроения.
В процессе изучения механической обработки деталей возникает
множество вопросов, связанных с необходимостью выполнения заданных
технологических требований, с эксплуатацией сложного оборудования,
режущего и измерительного инструмента, оснастки и др. Эти обстоятельства
объясняют необходимость прямой взаимосвязи «Технологии
машиностроения» с другими науками.
Технология машиностроения тесно связана со всеми
фундаментальными, прикладными науками и с производством, поэтому необходимо
использовать весь арсенал научных и практических данных, которые имеются в
нашем распоряжении на сегодняшний день. Научно-технический процесс
позволяет решать не только технологические, но и экономические, а также
социальные задачи. К экономическим задачам, в первую очередь, относятся
экономия всех видов ресурсов (материалов, топлива, энергии, труда) и
снижение себестоимости продукции; к социальным задачам — повышение доли
творческого труда в общем его объеме. Как экономические, так и
социальные задачи решают путем разработки и внедрения новых технологий.
В настоящее время возрастает роль научно-технического прогресса в
технологии. Своеобразие нынешнего этапа состоит в том, что нужно
одновременно проводить трудо-, фондо- и материалосберегающую политику.
Это возможно только при переходе к новым технологиям, при которых
одновременно обеспечивается рост производительности труда, повышение
фондоотдачи и сокращение материалоемкости, в частности за счет
применения более эффективного инструмента, расширения использования
методов горячего и холодного объемного деформирования, сварки, штамповки,
поверхностного упрочнения деталей, порошковой металлургии и др.
Принципиально изменяет технологию металлообработки внедрение станков с
числовым программным управлением, обрабатывающих центров и гибких
автоматизированных производств. Органической частью технологического
оборудования для обработки металлов и конструкционных материалов все
чаще становятся управляющие ЭВМ.
В машиностроении увеличиваются объемы применения в машинах и
приборах деталей, изготовленных методом порошковой металлургии. Все
большую роль в производстве играют лазерный луч, магнитное поле,
ультразвук и другие способы воздействия на материал изделия. С помощью
лазерной технологии с большой производительностью и точностью можно
обрабатывать различные по химическому составу и твердости материалы.
На станках с программным управлением, в которых роль традиционного
резца выполняет электрическая искра, можно обрабатывать детали любой
конфигурации, при этом не нужны слесарно-доводочные операции.
Внедрение новых технологий в производство приводит к
революционным изменениям в экономике страны. Поэтому технология машиностроения
становится ключевой составляющей научно-технического прогресса.
8
Развитие технологии любого производства основывается на
комплексной механизации и автоматизации, обеспечивающих рост
производительности труда и снижение себестоимости продукции. Основными
направлениями развития технологии в машиностроении являются:
• создание принципиально новых технологических процессов
изготовления деталей, узлов и агрегатов, обеспечивающих экономию различных
видов ресурсов (материальных, энергетических, трудовых и финансовых);
• комплексная автоматизация и механизация производства на основе
разработки и освоения новых видов высокопроизводительного
технологического оборудования;
• совершенствование систем управления технологическими процессами
на основе программно-целевого метода.
Повышение требований к качеству и технологичности продукции
обусловливает необходимость изменения парка технологического
оборудования.
Важнейшим критерием эффективности технологии являются
минимальные затраты времени и материальных ресурсов при заданном качестве
продукции. Решению этой задачи способствует информационная
технология, являющаяся техническим средством, которое позволяет извлекать
новые знания из растущего информационного потока в области технологии
машиностроения. Информационная технология — методы, системы и
средства, используемые для хранения и обработки информации с помощью
компьютера. Ни одну крупную проблему нельзя решить без переработки
значительного объема информации. Информационными ресурсами являются
библиотеки, банки данных и знания каждого отдельного специалиста. В
настоящее время в мире создано около 3500 баз данных, к которым
разрешен диалоговый доступ. В них хранится примерно 150 млн документов.
Базы данных связаны между собой и с миллионами пользователей. Они
постоянно расширяются и обновляются. В целом ежегодный мировой
информационный поток составляет примерно 10 млн названий, что в пересчете на
одного специалиста составляет 1500 страниц в день. Проанализировать
такой объем информации очень сложно даже с применением ЭВМ. Так как
информацию можно хранить, перерабатывать и передавать, то должны быть
носитель, передатчик и получатель информации. Часто употребляют термин
«данные», но он не является синонимом информации. Данные — это
величины, факты, т. е. они являются сырьем для создания информации,
полученной в результате обработки данных. Информация - процесс обучения и
анализа данных, которые человек превращает в знания.
Человек отбирает ценную для себя информацию. Проблема
определения ценности информации в настоящее время является наиболее
актуальной. Значимость информации часто оценивается специалистом интуитивно,
на основании собственного интеллекта, опыта и полученных данных.
Компьютер стал основным источником информации, поэтому необходимо
уделять внимание совершенствованию форм и методов работы с информацион-
9
ными технологиями, при этом следует учитывать, что компьютер решает
скорее рассчетную информационную нежели интеллектуальную задачу.
Цель заставляет человека думать, а информационная технология позволяет
значительно сократить затраты труда на информационный поиск и
способствует более правильному принятию специалистом окончательного решения.
Технология машиностроения в той или иной степени использует
достижения науки и техники и развивается вместе с ними. Отсюда технология
машиностроения определяется как отрасль науки, занимающаяся изучением
связей и закономерностей процесса изготовления машин, задачами которой
являются: повышение качества, снижение себестоимости изделий и
повышение производительности труда на базе достижений науки и техники. При
этом конечной целью развития технологии машиностроения является
автоматическое саморегулирование процессов изготовления изделий
автоматически, без участия человека. Для решения этой задачи необходимо
досконально знать все технологические процессы изготовления машин и уметь
управлять ими.
■ 1.2. Основные понятия и положения
1.2.1. Термины и определения
В технологии машиностроения как и в любой другой науке необходимо
придерживаться терминологии, установленной государственными
стандартами (ГОСТ). Каждому понятию установлен один стандартизованный
термин, обязательный для применения во всех видах научной, технологической
и учебной деятельности. Термин — слово или сочетание слов,
употребляемое с оттенком специального научного значения. Правильное
использование терминов является неотъемлемой частью работы специалиста. К одному
из основных терминов относится «изделие» (рис. 1.1).
Изделие — любой предмет или набор предметов производства,
подлежащих изготовлению на предприятии. Различают изделия основного и
вспомогательного производства. Изделия основного производства
предназначены для реализации. Изделия вспомогательного производства служат
исключительно для собственных нужд предприятия-изготовителя. Когда
одни и те же изделия одновременно реализуют и используют для
собственных нужд, то их считают изделиями основного производства. В зависимости
от наличия составных частей различают специфицированные и неспецифи-
цированные изделия.
Специфицированными называют изделия, состоящие из двух и более
составных частей (сборочные единицы, комплексы и комплекты).
Неспецифицированными называют изделия, которые не имеют
составных частей (детали и заготовки). Изделием является единица промышлен-
10
Изделие
Неспвцифицированные
изделия
Специфицированные
изделия
Детали
Заготовки
Сборочные
единицы
Комплексы
Комплекты
Комплекты
Сборочные
единицы
Детали
Сборочные
единицы
Комплекты
Детали
Детали
Рис. 1.1. Классификация изделий
ной продукции, количество которой может исчисляться в штуках
(экземплярах). К изделиям относятся завершенные и незавершенные предметы
производства, в том числе заготовки. Для автозавода изделием является
автомобиль, для завода двигателей — двигатель, для метизного завода — болт, для
станкостроительного завода — станок и т. д.
Деталью называют изделие изготовленное из однородного по
наименованию и марке материала, без применения сборочных операций. Следует
учитывать, что деталью, например, является труба, после покрытия ее
защитными или декоративными покрытиями или после того как из куска однородного
листового материала была изготовлена труба и место стыка сварено. Эти
примеры демонстрируют исключение, в большинстве же случаев применение
любых сборочных операций, приводит к созданию сборочной единицы.
Сборочной единицей называют специфицированное изделие, составные
части которого подлежат соединению между собой на предприятии-
изготовителе сборочными операциями (станок, коробка перемены передач,
сцепление и др). Из специфицированных изделий состоят комплексы.
Комплексом называют два и более специфицированных изделия, не
соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но
предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
Примером комплекса может служить автоматическая линия или цех-авто-
11
мат. В этом случае оборудование связано между собой специальными
устройствами, которые передают заготовки от начала до конца их обработки.
Комплектом называют два и более изделия, не соединенных на
предприятии-изготовителе сборочными операциями, которые представляют
собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение
вспомогательного характера. В комплект могут входить детали и сборочные
единицы, например, комплект измерительной аппаратуры вместе с запасными
частями и упаковочным ящиком, отдельный комплект запасных частей,
комплект запасных ключей, комплект оборудования для производства
определенных деталей и т. д.
1.2.2. Качество изделий
Качеством изделий называют совокупность свойств и характеристик
продукции, которая придает изделиям способность удовлетворять
обусловленные ими предполагаемые потребности.
В машиностроении качество изделия определяется надежностью,
техническим, эстетическим и экологическим уровнями (рис. 1.2). На качество
изделия влияют многие взаимосвязанные технологические процессы,
например, проектирование, производство, сборка, эксплуатация и др.
Надежность определяют как свойство изделия, заключающееся в его
способности сохранять свои технические параметры во времени.
Соблюдение технологической дисциплины является гарантией
обеспечения заданного качества выпускаемых изделий, а следовательно, и их
надежности. Надежность закладывают при проектировании и отработке
конструкции на технологичность. Она обеспечивается уровнем и
стабильностью технологических процессов механической и химико-технологической
обработки, сборки, контроля и поддерживается в процессе эксплуатации.
Недостаточная надежность изделий приносит большие материальные и
моральные потери. Однако увеличение надежности требует
дополнительных затрат средств и времени.
Учитывая, что надежность — это свойство сохранять во времени в
заданных пределах значения параметров, характеризующих способность
выполнять требуемые функции в определенном режиме работы, технического
обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования, необходимо
проведение экономического анализа эффективности мероприятий по увеличению
надежности на всех стадиях перехода изделия из исправного состояния в
неработоспособное.
Безотказность характеризуется долей выявленных отказов в заданном
интервале времени.
Долговечность — возможность сохранять работоспособность до
предельного состояния при установленной системе технического обслуживания
и ремонта. Чем больше наработка изделия до предельного износа (состоя-
12
Надежность
Долговечность
Безотказность
Ремонтнопригодность
Качество изделия
Технический
уровень
Технологичность
конструкции
Экономичность
производства,
эксплуатации и
обслуживания
Уровень технических
и эргономических
параметров
Эстетический и
экологический уровень
Эколоаическгя
безопгсность
Общий внешний вид
окргски и сочетгния
цветов
Комфортгбельность
в использовгнии
Рис. 1.2. Составляющие качества изделия
ния), тем оно долговечнее. Показателями долговечности являются ресурс и
срок службы изделия.
Ремонтопригодность характеризуется эксплуатационной
технологичностью.
Сохраняемость — способность изделий сохранять значения
показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после
транспортирования и хранения. На первый взгляд, сохраняемость не столь
важное свойство изделия, но после изготовления или сборки изделия часто
не сразу попадают в эксплуатацию. Их хранят на складах цеха, завода,
торговых организаций или у заказчика.
Для оценки показателей надежности по статистическим данным
определяется количество отказов. Отказы бывают внезапные и постепенные.
Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений
одного или нескольких заданных параметров изделия, постепенные —
постепенным изменением одного или нескольких параметров, вызванных
изнашиванием рабочих поверхностей, усталостью и старением металла.
По причинам возникновения отказы делятся на конструкционные,
производственные и эксплуатационные. Конструкционные отказы возникают в
результате ошибок при отработке изделия на технологичность конструкции,
при оценке условий работы и условий эксплуатации. Производственные от-
13
казы также вызваны ошибками при отработке изделия на технологичность, а
кроме того и нарушением технологической дисциплины.
Существенное влияние на эксплуатационные и производственные
показатели оказывает конструкция изделия. Повышение уровня технологичности
конструкции позволяет в значительной мере повысить эффективность
производства. Обеспечение технологичности конструкции начинается с первых
шагов разработки изделия и заканчивается прекращением его выпуска.
Повышение уровня технологичности конструкции входит в
комплексную систему управления качеством продукции. Основные задачи и
показатели технологичности конструкции регламентированы
нормативно-техническими документами. Технолог обязан осуществлять проверку
конструкторской документации, оценивать уровень технологичности на
всех этапах проектирования и давать свое заключение о технологичности
данного изделия. После того, как технолог принимает чертежи от
конструктора, вся ответственность по технологичности конструкции ложится
на него. В случае возвращения технологом документов конструктору на
доработку с предложениями по изменению конструкции требуются
дополнительные затраты средств и времени. Поэтому целесообразно вести
эту работу с самого начала совместно, что и практикуется в настоящее
время в мировой практике.
Считается, что критерием качества является выполнение изделия
согласно лучшему мировому стандарту.
Качество планируется всеми. Например, существует программа «Ноль
дефектов», но многие специалисты ее критикуют, считая, что ноль дефектов
возможен только при нуле работы. Целесообразнее свести к минимуму
число ошибок в процессе производства изделий и использовать анализ
возможности возникновения ошибки (погрешности), причин ее вызывающих, и
анализа мер их устранения. При этом главной задачей является определение
ошибки как можно скорее и создать условия для предотвращения дефектов.
На качество изделия оказывают влияние различные факторы: качество
проектирования, качество материала, качество изготовления, качество сборки,
качество контроля, качество хранения и качества обслуживания, но процесс
изготовления является одним из наиболее важных.
Мало выпускать изделия самого высокого технического уровня и
качества, необходимо выиграть конкурентную борьбу, т. е. продать свои
изделия. Нужен опыт работы на мировом рынке. Поэтому отделы маркетинга
заводов следят за работой других предприятий отрасли и действуют по
принципу «агрессивного маркетинга», т. е. нацелены не на внутренний
рынок, а на вытеснение конкурентов с внешнего рынка.
Рынок сегодня — это далеко не борьба цен, а скорее борьба качества
(лучший дизайн автомобиля, бесшумность работы двигателя и
трансмиссии). Надежность агрегатов, более низкие затраты при эксплуатации
автомобиля и его безопасность вызывают у покупателя желание приобрести
более дорогой автомобиль.
14
Требования покупателя определяют качество продукции. Нельзя
создать конкурентоспособные изделия, например коробки перемены передач,
станки или автомобили, не зная условий конкуренции на рынке.
Маркетингом занимаются практически все машиностроительные предприятия-
производители. Деятельность заводов сводится не только к изучению рынка
и отдельных его элементов, но и к использованию результатов изучения в
обеспечении качества продукции.
Маркетинг — философия бизнеса, это не набор отдельных элементов, а
цельная система. Некоторые предприятия машиностроения, ведя
маркетинговые исследования, находят рынки сбыта то в одной, то в другой стране,
т. е. продолжают продажи даже относительно устаревших изделий. Уровень
же конкурентоспособности определяется к конкретному рынку сбыта. Если
изделие безнадежно устарело, но реализация продолжается, научные и
производственные силы отвлечены на его производство, то это подрывает
престиж предприятия. Только изучая спрос, доход, жизненный уровень и
запросы потребителя, проводя наблюдения, интервьюирование, пробные
продажи своих изделий, можно достичь результата. Исследования рынка на
наличие спроса на новый товар является наиболее сложной задачей, с
которой сталкивается машиностроительное предприятие.
Предприятие, которое занимается сбытом своей продукции стремится
достигнуть такого качества изделий, чтобы ее рекламировал сам
потребитель. Многие дочерние машиностроительные предприятия только собирают
узлы и агрегаты, получая детали от разных фирм. С поставщиками
комплектующих деталей заключаются договора, исключающие дефектные поставки.
Если в процессе поставки будет обнаружено изделие, качество которого не
соответствует заданному, то производится контроль всех изделий,
поступающих от этого предприятия. При этом поставщика обязывают внедрять у
себя статистические методы контроля качества. При повторных поставках
от этого поставщика некачественных изделий от его услуг отказываются.
Поставщик несет ответственность за качество поставляемых изделий,
поэтому сборочное предприятие не включает в технологический процесс
входной контроль. При этом детали должны поставляться точно в срок, что
позволяет заказчику практически не хранить эту продукцию на складах.
Важным вопросом взаимодействия с поставщиками является их
подготовленность к заказу, требованиям по качеству, сроком поставки и т. п.
Перспективнее начинать взаимодействовать с поставщиками на стадии
проектирования нового изделия, при этом предприятия-поставщики
становятся составной частью предприятия-заказчика и берут на себя функции по
обеспечению качества изделий. Если поставщик постоянно совершенствует
систему обеспечения качества, повышает производительность обработки и
снижает ее себестоимость, то ему не придется участвовать в конкурентной
борьбе поставщиков, он будет работать на долгосрочной основе, что дает
наибольший эффект в достижении высшего качества изделий. Крупное
машиностроительное предприятие должно направлять своих специалистов как
15
для контроля уровня качества, так и для ознакомления сотрудников
предприятия-поставщика с проблемами совершенствования качества.
Следует учитывать, что затраты на эти мероприятия окупаются.
Повышать свой технический уровень весьма престижно, так как высокая
квалификация тесно взаимосвязана с положением в обществе и материальным
благополучием. Это заставляет стремиться к повышению своей
квалификации, и в частности в области патентной грамотности, поскольку в
обязанность специалистов машиностроительных предприятий входит так же
выявление «ноу-хау».
Выражение «ноу-хау» (от англ. know-how — знаю как) имеет довольно
много определений. В машиностроении это выражение имеет следующий
смысл: конструкторские или технологические не запатентованные
особенности производства, без знания которых воспроизводство новой техники по
образцам или информации практически невозможно, что заставляет держать
эти особенности производства в тайне от конкурентов и позволяет
опережать их.
На уровне предприятий это означает необходимость иметь методику
выявления и оценки ноу-хау, умение оценивать технику экономическую и
коммерческую ее значимость.
Доступ к ноу-хау должен быть только у тех, кто непосредственно связан с
данным решением по производственной необходимости, и только в той части
в которой это необходимо. Это в какой-то мере противоречит привычному
пониманию распространения передового опыта. Но выход на мировой рынок
и успешная конкуренция с другими фирмами не возможна без опережения их
по уровню технологии. Фактически ноу-хау — это тот же товар и его можно
продавать и иметь дополнительный источник финансовых поступлений для
предприятия, на котором были разработаны новые технологические режимы
обработки, новые методы обработки сборки, наладки и т. д.
Таким образом, поиск таких технологических решений, которые могут
составить ноу-хау или быть запатентованы, проводится специалистами
постоянно, начиная со стадии проектирования и заканчивая эксплуатацией.
Специалисты России часто не анализируют какие из новых технических
решений следует патентовать или перевести в ранг ноу-хау. К сожалению,
существенной помощи от патентных и других служб в этом вопросе они
пока не получают. Поэтому и вопрос ноу-хау тоже должен быть в поле зрения
современного специалиста машиностроителя. С выходом на мировой рынок
в условиях повышения качества изделий и осуществления внешнеторговых
операций, изучение проблем, связанных с новыми решениями
технологических задач, приобретает огромное значение.
Качество изделий характеризуется обобщенными характеристиками
(точностью, качеством поверхностного слоя, долговечностью, надежностью,
эстетичностью и т. п.).
Повышение качества является основной задачей машиностроительного
производства, но какой ценой оно будет достигнуто является очень важным
16
вопросом. Существует понятие
оптимальное качество (Кот), т. е. самое
выгодное для изготовления в конкретных
производственных условиях (рис. 1.3).
Производитель 1 несет определенные
затраты на приобретение,
эксплуатацию, ремонт оборудования,
обрабатывающего и контрольного инструмента,
технологической оснастки, на закупку
материала, заготовок и др. Потребитель
2 затрачивает средства на устранения
брака при эксплуатации изделия,
покупку запасных частей при выходе их
из строя по мере износа, техническое
обслуживание и т. д. Целесообразно изготовление изделия с оптимальным
уровнем качества Кот, при котором разность между кривой 1 и 2
максимальна. Если же уровень качества будет выше Ктлх или ниже Kmin, то
производство станет убыточным. Только правильно построенный
технологический процесс может обеспечить высокое качество изделий при оптимальной
стоимости, удовлетворяющей как изготовителя, так и потребителя. Не
следует забывать, что методы и средства достижения качества изделия должны
оставаться определенное время внутри предприятия как ее
интеллектуальная собственность.
< Уровень
качества
Рис. 1.3. Оценка оптимального
качества изделия:
/ — производитель; 2 — потребитель
1.2.3. Производственный процесс
Производственным процессом называют совокупность всех действий
людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для
изготовления и ремонта продукции. В производственный процесс входят все
процессы, обеспечивающие изготовление изделий, начиная с момента поступления
на предприятие исходных заготовок, их транспортирования, складирования,
контроль, механическая и термическая обработка, сборка, а также
сопутствующие им вспомогательные процессы изготовления инструмента и
технологической оснастки, заточка и контроль инструмента и т. д.
Производственный цикл — интервал времени от начала до окончания
производственного процесса изготовления или ремонта изделия.
Производственная мощность — расчетный максимально возможный в определенных
условиях объем выпуска изделий в единицу времени. Производственной
партией называют предметы труда одного наименования и типоразмера,
выпускаемые в течение определенного интервала времени.
Состав произведенных процессов предприятия зависит от его
специализации, объема выпуска, объема кооперирования к характера
технологических процессов. Часто машиностроительнь^е^р^птщ^тия закупают слож-
17
ные и металлоемкие заготовки и практически никогда не изготавливают
крепежные детали, так как по кооперации их поставляют
специализированные предприятия, что значительно дешевле. Также из экономических
соображений предприятия закупают готовые изделия или агрегаты. Как правило,
в состав машиностроительного предприятия входят заготовительные
металлообрабатывающие и вспомогательные цехи, транспортные, складские,
энергетические, санитарно-технические и общезаводские устройства.
Производственный процесс можно рассматривать не только в рамках
всего предприятия, но и в рамках отдельного цеха, участка и т. д. Например,
все виды работ на механическом участке по производству шестерни будут
включены в производственный процесс этого участка.
Различают основное и вспомогательное машиностроительное
производство. Основным производством называют производство товарной
продукции (изделия основного производства). Вспомогательным производством
называют производство средств, необходимых для обеспечения
функционирования основного производства (изделия вспомогательного производства).
Производственный процесс оценивают, в частности, программой
выпуска, т. е. количеством изделий, подлежащих изготовлению в единицу
времени (день, месяц, квартал, год).
1.2.4. Технологический процесс
Технологическим процессом называют часть производственного
процесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и (или)
определению состояния изделия. Например, в процессе механической
обработки изменяют размеры, форму, взаимное расположение и
величину микронеровностей обрабатываемых поверхностей; при термической
обработке — состояние изделия, его твердость, структуру и другие
свойства материала; при сборке изделия — относительное положение деталей
в собираемом узле.
Технологический процесс составляет главную часть
производственного процесса. По технологическому процессу механической обработки
заготовок можно судить о последовательности, способах времени
обработки и др.
Технологическая дисциплина — соблюдение точного соответствия
технологического процесса изготовления или ремонта изделия требованиям
технологической и конструкторской документации.
Групповым технологическим процессом называют технологический
процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но
общими технологическими признаками.
Типовым технологическим процессом называют технологический
процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и
технологическими признаками.
18
Технологический процесс
механической обработки
Установ
Вспомогательный
переход
Технологическая
операция
Технологический
переход
Рабочий ход
Вспомогательный ход
1
Позиция
1
Прием
Элементы приема
Рис. 1.4. Схема элементов технологического процесса
Необходимо стремиться к построению оптимального (наилучшего,
наиболее соответствующего определенным условиям и задачам)
технологического процесса.
Весь технологический процесс механической обработки заготовок делят
на составные элементы: технологические операции, технологические
переходы, позиции и др. Основной частью технологического процесса является
технологическая операция (рис. 1.4.).
Технологическая операция
Технологической операцией называют законченную часть
технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте. Следует учитывать,
что рабочим местом является элементарная единица структуры
предприятия, где размещены исполнители работы, обслуживающие технологическое
оборудование, на ограниченное время оснастка и предметы труда.
Например, обработку ступенчатого вала можно выполнять в следующей
последовательности: на первой операции подрезают торцы и зацентровывают
вспомогательные базы, на второй — обтачивают наружную поверхность, на
третьей — шлифуют эти поверхности.
Типовой технологической операцией называют технологическую
операцию, характеризуемую единством содержания и последовательности
технологических переходов для группы изделий с одними конструктивными и
технологическими признаками.
19
if!!!!1!
ШЛ2Ж
-fe
fW+
»
a;
111 1П
6)
Групповой технологической
операцией называют технологическую
операцию совместного изготовления
группы изделий с разными
конструктивными, но общими
технологическими признаками.
Виды технологических операций.
Технологический процесс можно
построить по принципу
концентрированных или же дифференцированных
технологических операций.
Концентрированной
технологической операцией называют такую
операцию, которая включает в себя
большое количество технологических
переходов. Как правило, данная операция
имеет многоинструментальную
наладку. Пределом концентрации операций
является полная обработка детали на
одной операции.
Критерием оценки степени
концентрации операций является
количество переходов, осуществляемых в
одной операции. Различают три основных
вида концентрации операций:
последовательную (рис. 1.5, а), параллельную
(рис. 1.5, б) и
параллельно-последовательную (рис. 1.5, в). Если переходы в
операции выполняются один за другим,
то концентрацию называют
последовательной (универсальные станки), если
же они совмещены в один сложный
технологический переход, т. е.
выполняются одновременно, то концентрацию
операций называют параллельной
(многоинструментальные станки). Концентрацию называют параллельно-
последовательной, если последовательно одновременно обрабатывается
несколько поверхностей (многоинструментальные станки).
Достоинство параллельной концентрации операций состоят в
следующем: сокращается длительность технологического цикла, уменьшается
число уставов заготовок, уменьшается количество рабочих приспособлений,
применяются высокопроизводительные станки, упрощаются учет и
планирование производства, уменьшается количество рабочих станочников и
потребная производственная площадь.
МИНИН И
е!г
ъ
в)
Рис. 1.5. Основные виды
концентрации операций:
а — последовательная; б —
параллельная; в — параллельно-последовательная
20
Недостатками параллельной концентрации операций является
необходимость в сложном и дорогостоящем оборудовании; сложная и трудоемкая
наладка.
Дифференцированной операцией называют операцию, состоящую из
минимального количества переходов. Пределом дифференциации является
выполнение технологической операции, состоящей из одного
технологического перехода.
Достоинства дифференциации операций состоят в следующем:
применяется сравнительно простое и дешевое оборудование, простота и
незначительная сложность их наладки, создается возможность применения более
высоких режимов обработки.
Недостатки принципа дифференциации операций: удлиняется
технологическая линия, увеличивается количество потребного оборудования и
производственной площади, увеличивается число рабочих, большое число установок.
Не следует опрометчиво стремиться к высокой степени концентрации
операции. Часто бывает нецелесообразно производить обработку с высокой
степенью концентрации операции. Неправильное определение оптимальной
концентрации приводит к серьезным ошибкам и большим неоправданным
затратам, которые значительно повышают себестоимость изделий.
Технологический переход
Технологическим переходом называют законченную часть
технологической операции, выполняемой одними и теми же средствами
технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
Если при обточке валика сменяли инструмент, то обработка этим
инструментом той же поверхности заготовки будет являться новым
технологическим переходом (рис. 1.6). Но сама смена инструмента является
вспомогательным переходом. Вспомогательным переходом называют законченную
часть технологической операции, состоящей из действий человека и (или)
оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета
труда, но необходимы для выполнения
технологического перехода. Переходы
могут быть совмещены во времени за
счет одновременной обработки
нескольких поверхностей, т. е. могут
осуществляться последовательно
(черновая, получистовая, чистовая обточка
ступенчатого вала или сверления
четырех отверстий одним сверлом),
параллельно (обточка ступенчатого вала
несколькими резцами или сверление
четырех отверстий, сразу четырьмя сверлами) Рис. 1.6. Схема технологического
или параллельно-последовательно (после перехода
■V
ь
-<L_
Й ,
4 ' 3
1 и
ч
/
■И
_р
21
аЦ
а)
□
Б-£
обточки ступенчатого вала одновременно
несколькими резцами, одновременное
снятие фасок несколькими фасочными
резцами или сверление четырех отверстий
последовательно двумя сверлами).
Установ — часть технологической
операции, выполняемая при
неизмененном закреплении обрабатываемых
заготовок или собираемой сборочной единицы.
Поворот деталей на какой-либо угол
является новым установом. Если валик
вначале обтачивают в трехкулачковом патроне
с одного установа, а затем его перевернут
и обточат, то это потребует два установа
при одной операции (рис. 1.7).
Позиция. Установленная и
закрепленная на поворотном столе заготовка,
подвергаемая сверлению,
рассверливанию и зенкерованию, имеет один
установ, но с поворотом стола она будет
занимать новую позицию.
Позицией называют фиксированное
положение, занимаемое жестко
закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей
совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части
оборудования при выполнении определенной части операции. На многошпин-
дельных автоматах и полуавтоматах заготовка при одном ее закреплении
занимает различные позиции относительно станка. Заготовка перемещается в новое
положение вместе с зажимным устройством (рис. 1.8).
При разработке технологического процесса обработки заготовок,
предпочтительно заменять установи позициями, так как каждый
дополнительный установ вносит свои погрешности обработки.
Рабочий и вспомогательный ход. Рабочим ходом называют
законченную часть технологического перехода, состоящего из однократного
перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого
изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки. Рабочий
ход обычно сопровождает непрерывную обработку одного слоя заготовки,
например, на токарном станке — обработка вала на проход, на строгальном
станке — одно перемещение резца при резании.
Вспомогательным ходом называют законченную часть
технологического перехода, состоящую из однократного перемещения инструмента
относительно заготовки, необходимого для подготовки рабочего хода. Например,
при черновой обточке вала резец возвращается в исходное положение,
совершая вспомогательный ход.
Рис. 1.7. Схема первого (а)
и второго (б) установа
22
Позиция
Позиция 4
Позиция 1
Позиция 5
Позиция 6
Рис. 1.8. Схема смены позиций
заготовки на многошпиндельном станке
Прием. Приемом называют
законченную совокупность действий человека,
применяемых при выполнении
технологического перехода или его части и
объединенных одним целевым назначением.
Обычно приемом является
вспомогательное действие оператора при управлении
станком (вручную), измерение заготовки.
Элемент приема — нажатие кнопки,
перемещение рукоятки и т. д.
Важными характеристиками
технологического процесса и операции
являются цикл, технологической
операции, такт и ритм выпуска.
Цикл, такт и ритм выпуска. Циклом технологической операции
называют интервал календарного времени от начала до конца периодически
повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно
изготавливаемых изделий.
Тактом называют интервал времени, через который периодически
производится выпуск изделий или заготовок определенных наименований,
типоразмера и исполнения.
Ритмом выпуска называют количество изделий или заготовок
определенных наименований, типоразмеров и исполнений, выпускаемых в единицу
времени.
Желательно, чтобы время, затрачиваемое на выполнение одной
операции, было равным времени такта выпуска или кратным ему. Такое
корректирование затрачиваемого времени на операцию достигается той или иной
степенью концентрации операций, применением оптимальных режимов
обработки, сокращением вспомогательного времени за счет многоместных
приспособлений, автоматизации загрузки, транспортирования,
использованием более высокопроизводительного оборудования, параллельной работы
на однотипных станках-дублерах и др.
1.3. Виды и типы производства
Машиностроительным производством называют производство с
преимущественным применением методов технологии машиностроения при
выпуске изделия.
Вид производства — классификационная категория производства,
выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия.
Видами производства является литейное, ковочное, штамповочное,
механическое и т. д.
23
Тип производства — классификационная категория производства,
выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности
и объема выпуска продукции. В машиностроении различают следующие
типы производств: единичное, мелкосерийное, среднесерийное,
крупносерийное и массовое.
Приближенно тип производства можно оценить по табл. 1.1, в которой
указывается количество обрабатываемых в год деталей одного
наименования и типоразмера.
Таблица 1.1
Тип
производства
Единичное
Серийное
Массовое
Количество обрабатываемых в год деталей
одного наименования и типоразмера, шт.
крупных
до 5
5...1000
более 1000
средних
до 10
10...5000
более 5000
мелких
до 100
100...50 000
более 50 000
Основной характеристикой типа производства является коэффициент
закрепления операций.
Коэффициентом закрепления операций К30 называется отношение числа
всех технологических операций Х^т> выполненных или подлежащих
выполнению в течение одного месяца, к числу рабочих мест ^Рм, т. е.:
Коэффициент закрепления операций согласно ГОСТ — принимают
равным: массовое производство — 1; крупносерийное производство — свыше 1
до 10 включительно, среднесерийное производство — свыше 10 до 20
включительно; мелкосерийное производство — свыше 20 до 40
включительно; единичное производство — свыше 40.
Данный критерий оценки типа производства можно считать достаточно
объективным, так как по количеству выпускаемых изделий оценить тип
производства сложно хотя бы потому, что нет четкой грани между
крупными средними и мелкими деталями (табл. 1.1). Например, выпуск 25 турбин
можно считать крупносерийным производством, а 25 000 болтов
мелкосерийным производством для метизного завода и крупносерийным для
машиностроительного предприятия.
Деление производств по типам носит чисто условный характер, так как
провести четкую границу, например, между крупносерийным и
среднесерийным производством или мелкосерийным и единичным производством
24
затруднительно, поэтому при оценке типа производства всегда следует
определять коэффициент закрепления операций.
Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска
одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило,
не предусматривается.
Единичное производство имеет свои особенности:
• оборудование и приспособление, как правило, общего назначения и
универсальны;
• оборудование располагается только по группам станков;
• грузопотоки изделий длинные, что обусловлено значительными
расстояниями между группами станков и перекрещиванием направлений
движений (рис. 1.9);
• высокая квалификация рабочих;
• высокая себестоимость изделий.
В условиях единичного производства изготавливают опытные образцы
изделий, уникальные изделия и т. п. Квалификация рабочих должна быть
высокой, так как работы носят самый различный характер. Подробной
технологии нет, составляется только последовательный перечень необходимых
операций. Стоимость и время изготовления изделия выше, чем в других
видах производства.
При единичном производстве осуществляется последовательная
концентрация операций, например, ступенчатый вал можно полностью или
частично обработать с большим количеством технологических переходов на
одном станке (табл. 1.2).
Продукцией единичного производства обычно являются
экспериментальные образцы, индивидуальные заказы, крупные металлорежущие
станки, турбины, прессы и т. д.
Кладовая
Заготовки
Режущий и
мерительный
инструмент
Токарный участок
или группа
токарных станков
Фрезерный
участок или группа
фрезерных станков
Готовые
изделия
Шлифовальный
участок или группа
шлифовальных
станков
Слесарный и
другие участки
или
группы станков
Рис. 1.9. Структура размещения оборудования при единичном производстве
25
Таблица 1.2
Основной
показатель
Построение
технологических операций
Оборудование,
оснастка и инструмент
Расстановка
оборудования
Наладка станков
Операторы, наладчики
Исходная заготовка
Себестоимость
обработки изделий
Тип производства
единичное
Последовательная
концентрация операций
Универсальное
По группам (токарная,
фрезерная и т. д.)
Методом пробных проходов
и промеров
Высококвалифицированные
операторы
Форма заготовки простая,
припуски большие,
значительный расход металла в
стружку
Высокая
массовое
Параллельная
параллельно-последовательная концентрация
операции. Дифференциация
операций
Специальные и
специализированные
В строгой последовательности
технологического процесса
Работа на настроенном на
размер инструментом. Подналад-
ка
Высококвалифицированные
наладчики
Близкая по форме и готовой
детали. Малые припуски.
Низкий расход металла в стружку
Низкая
Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом
изделий, периодически повторяющимися партиями. Различают мелко-,
средне- и крупносерийное производство.
Серийное производство имеет свои особенности:
• наряду с универсальными станками широко применяют и
высокопроизводительные специальные станки;
• кроме нормализованной и универсальной оснастки применяют
быстродействующие рабочие приспособления и специальный инструмент и т. д.;
• оборудование располагают не только по групповому признаку, но и по
потоку;
• рабочие специализируются на выполнении нескольких операций;
• средняя себестоимость изделий.
Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска
изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых продолжительное
время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна
операция.
Массовое производство имеет свои особенности:
• широко применяются высокопроизводительное оборудование,
специальные станки и приспособления, режущий инструмент, вспомогательные и
контрольно-измерительные устройства (см. табл. 1.2);
26
• оборудование располагают по потоку в той последовательности, в
какой выполняются технологические операции;
• рабочие специализируются на выполнении определенной операции;
• кратковременность грузопотоков;
• себестоимость изделий значительно ниже себестоимости изделий в
единичном и серийном производстве.
В условиях массового производства применяют принцип параллельной
и параллельно-последовательной концентрации операций, а также принцип
дифференциации операций.
Крупносерийному производству присущи признаки массового
производства, а мелкосерийному — единичного производства. Среднесерийное
производство может включать в себя признаки как мелкосерийного так и
крупносерийного производства (см. табл. 1.2).
Различают непоточную (групповую) и поточную формы организации
технологического процесса (ТП). Непоточное (групповое) производство
характеризуется совместным изготовлением или ремонтом групп изделий с
разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Поточное производство характеризуется расположением средств
технологического оснащения в последовательности выполнения операций
технологического процесса и определенным интервалом выпуска изделий.
■ 1.4. Технологичность конструкции изделия
1.4.1. Основы технологичности конструкции изделия
Технологичность конструкции изделия — совокупность свойств
конструкции, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных
затрат при производстве, эксплуатации, техническом обеспечении и ремонте
для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения
работ.
В данное определение следует добавить процесс утилизации, затраты на
который становятся все ощутимее.
Само понятие «технологичность» можно раскрыть как свойство
изделий, проявляющееся в соответствии их требованию экономической
технологии изготовления. Другими словами, технологичность конструкции можно
характеризовать как свойство конструкции, проявляющееся в оптимальных
затратах труда, средств, материалов при ее производстве, эксплуатации,
ремонте и утилизации.
Отработка конструкций на технологичность является сложной задачей,
требующей комплексного решения.
Стандартизация и унификация агрегатирования конструкций изделий
позволяет оптимизировать номенклатуру изделий и дает значительную эко-
27
номическую эффективность при проектировании, производстве и
эксплуатации. (Например, уровень унификации автомобилей составляет примерно 80 %.)
Стандарты единой системы технологической подготовки
производства (ЕСТПП) обязывают обрабатывать новые конструкции изделия на
технологичность на всех стадиях его создания.
Состав показателей для отдельных конструкций различен, поэтому
необходимо обосновывать выбранный состав показателей."
Стандартной считается деталь, конструкция которой
регламентирована государственными, республиканскими или отраслевыми стандартами.
Оригинальной считается деталь, конструкция которой регламентирована
стандартом предприятия. Производственные особенности конкретного
предприятия часто диктуют свои условия, в этом случае следует говорить о
практически достижимой технологичности. Исполнителями при отработке
конструкции изделия на технологичность являются разработчики
конструкторской и технологической документации.
Технологичность конструкции включает в себя следующие основные
понятия:
• производственная технологичность конструкции изделия;
• ремонтная технологичность конструкции изделия;
• эксплуатационная технологичность конструкции изделия.
Производственная технологичность конструкции изделия — свойство
конструкции, позволяющее изготовить и собрать ее в условиях данного
производства с наименьшими затратами труда и материалов при
обеспечении заданного качества. Ремонтная технологичность конструкции изделия —
свойство конструкции, позволяющее ремонтировать ее в условиях данного
производства с наименьшими затратами труда и материалов.
Эксплуатационная технологичность конструкции изделия — свойство конструкции,
обеспечивающее возможно более длительное сохранение ее заданных
эксплуатационных качеств. Оценку технологичности конструкции можно
проводить, используя основные, дополнительные и вспомогательные
показатели (рис. 1.10).
Различают количественные и качественные показатели
технологичности. Номенклатура показателей, применяемых при сравнении вариантов
конструкций на стадии разработки, может и должна оцениваться не только
количественными, но и качественными показателями.
Чем объективнее требуется оценить технологичность проектируемого
изделия, тем более детально должны быть раскрыты и определены
количественные характеристики свойств изделия. Из типового перечня показателей
технологичности, приведенных в стандартах, необходимо выбрать те,
которые в наибольшей степени характеризуют конкретное изделие. Базовые
показатели являются исходными при оценке технологичности и бывают
частные и комплексные. Частный показатель характеризует одно из свойств,
комплексный — несколько входящих в него частных или комплексных
свойств изделия.
28
Частные и комплексные показатели бывают абсолютные и
относительные. Абсолютные показатели характеризуют один или несколько признаков
технологичности конструкции изделия, например число оригинальных
деталей. Относительные показатели основаны на сравнительной
характеристике технологичности конструкции.
По значимости показатели технологичности делятся на основные и
дополнительные (вспомогательные), а по области анализа — на технические и
технико-экономические. Показатели технологичности конструкции изделия
вносятся в карту технологического уровня качества продукции. Таким
образом, при проектировании изделий решают две основные задачи —
обеспечение всех требований, вытекающих из условий эксплуатации и
удовлетворение требований технологии производства этого изделия.
Количественная оценка технологичности конструкции направлена на
сравнение показателей с эталоном в количественном выражении. Эта оценка
позволяет сказать, насколько один вариант отличается от другого.
Качественная оценка технологичности конструкции — оценка
соответствия принимаемых решений требованиям оптимальных технологических
процессов. При этом формируются технические требования, рекомендации,
систематизированная информация, позволяющая сделать правильный выбор
на базе уже имеющегося опыта. Качественные показатели зубчатых колес
начинают закладывать с момента получения технического задания на
проектирование и создают на протяжении всего технологического процесса
изготовления. Новая конструкция изделия обладает определенными
показателями качества. Следовательно, при сравнении нового варианта с базовым
необходимо определить и сравнить количественные характеристики качества
изделий.
1.4.2. Количественная оценка технологичности
конструкции изделия
Численное значение показателей технологичности позволяет оценить,
насколько один вариант отличается от другого и насколько они
приближаются к идеалу.
Выбор показателей технологичности является важнейшим этапом
количественной оценки изделия на технологичность. Государственный стандарт
рекомендует использовать следующие показатели технологичности
конструкции изделий:
1) трудоемкость изготовления изделия;
2) удельную материалоемкость изделия;
3) технологическую себестоимость изделия;
4) среднюю оперативную трудоемкость изготовления (ремонта) данного
вида;
5) среднюю оперативную стоимость технического обслуживания
(ремонта) данного вида;
29
Оценка технологичности
1. Основные показатели технологичности
Трудоемкость
изготовления
Технологическая
себестоимость
Уровень
технологичности
по трудоемкости
изготовления
Уровень
технологичности
по
себестоимости
2. Дополнительные показатели технологичности
Трудоемкость
изготовления
Трудоемкость
ремонта
изделия
Трудоемкость
утилизации
Трудоемкость
технического
обслуживания
Технологическая
себестоимость
изделия
(удельная)
Трудоемкость
подготовки
изделия к
функционированию
Себестоимость
подготовки
изделия к
функционированию
Трудоемкость
метода
изготовления
Себестоимость
ремонта
Коэффициент
взаимозаменяемости
Себестоимость
изготовления
изделия
(удельная)
Себестоимость
технического
обслуживания
Себестоимость
утилизации
Цена
2.1 Технические показатели технологичности
Показатели
унификации
техпроцесса
Показатели
унификации
Коэффициент
унификации
Коэффициент
повторяемости
Коэффициент применяемости
типовых ТП
Коэффициент применяемости
типовых методов
Коэффициент I
стандартизации
Изделия в целом
Сборочных единиц
Деталей
Изделия в целом
Сборочных единиц
Деталей
Рис. 1.10. Схема показателей технологичности изделия
30
Показатели
расхода
материала
Коэффициент использования
металла
Удельная металлоемкость
*-"
Показатели
механической
обработки
Масса изделия
Коэффициент годности
обработки
Показатели
состава
конструкции
Коэффициент
шероховатости
Коэффициент точности
Обрабатываемость
материала
Коэффициент сборности
Перспективного
использования
2.2 Эксплуатационные показатели
технологичности
Технологичность
при подготовке
и применению
При выполнении
рабочих операций
При выполнении
работ после
применения
Технологичность
при техническом
обслуживании
изделия
Контролируемость
Доступность
Легкосъемность
Технологичность
при ремонте
изделия
Блочность
- Взаимозаменяемость
- Восстанавливаемость
Количество
мест крепежа
Окончание рис. 1.10
6) среднюю оперативную продолжительность технического
обслуживания (ремонта) данного вида;
7) удельную трудоемкость изготовления изделия;
8) трудоемкость монтажа;
9) коэффициент применяемости материала;
10) коэффициент унификации конструктивных элементов;
11) коэффициент сборности.
Необходимо применять минимальное, но достаточное для оценки
технологичности, число показателей.
Если изменение конструкции не диктуется рынком сбыта, не вносит
значительных результатов в экономические, производственные и
эксплуатационные показатели, то не следует ее проводить, так как это обычно
вызывает повышение затрат в производстве, эксплуатации и ремонте изделия.
Качественная оценка по отдельным показателям предваряет
количественную оценку вариантов на целесообразность проведения количественной
оценки вариантов.
На стадии проектирования можно использовать и дополнительные
показатели технологичности, даже те, которых нет в номенклатуре базовых и
других показателей, но которые влияют на отработку изделия на
технологичность. «Цоэтому качественная и количественная оценки технологичности не
только совместимы, но и необходимы для достижения высокого уровня
технологичности изделия. Это связано с тем, что ряд показателей
технологичности может находиться в противоречии друг с другом. Важно также для
объективного сравнительного анализа различных изделий обеспечить условие
сопоставляемое™ показателей технологичности. Поэтому часто следует
проводить оценку не в абсолютных значениях, а в относительных, т. е. в
показателях, приходящихся на единицу выходного параметра.
Количественную оценку технологичности конструкции изделий
проводят по критериям, позволяющим оценить фактически достигнутые
показатели технологичности изделия, сравнивая их с базовыми показателями.
Трудоемкость изготовления изделия
i=N i=k
(=1 (=1
где Tgi — трудоемкость изготовления /-й детали; ngi — количество г'-х
деталей, используемых в одном изделии; N — общее количество данных
изделий; Гс6 — трудоемкость сборочных работ /-Й сборочной единицы; исб,- —
количество i-x сборочных единиц; к— общее количество данных
сборочных единиц; Гос — трудоемкость общей сборки.
Учитывая сравнительный характер работ при оценке уровня
технологичности конструкции изделия, можно проводить расчет трудоемкости
нового изделия по следующей формуле:
Tn=t0(G'0/G0)2/\
32
где t0 — трудоемкость базового, геометрически подобного узла; G'0
тый вес базового узла; G0 — чистый вес проектируемого узла.
Удельная трудоемкость
где Т„ — технологическая трудоемкость изготовления изделия; X-
ние выходного параметра изделия (мощность, скорость и т. д.).
Технологическая себестоимость
Ст = М+ ТЭ + 30 + Сс + Р0 + />„,
где М — расходы на сырье и материалы минус стоимость отходов; ТЭ —
стоимость топлива и энергии, идущих на технологические цели; 30 —
основная и дополнительная заработная плата производственных работ; Сс —
отчисление на социальное страхование от суммы основной заработной
платы; Р0 — расходы на содержание и эксплуатацию оборудования; Ри —
расходы на износ инструмента и приспособлений целевого назначения.
Лимитная цена на новую продукцию
Млим ^ "" -/./н?
где С — себестоимость изделия; Ян — нормативная прибыль.
Состав показателей зависит от стадии проектирования; для зубчатых
колес можно вводить и дополнительные показатели. Например,
трудоемкость механической обработки зубчатого колеса, рассчитывают по
следующей формуле:
Т3.к — Т\/Т2,
где Т\ — трудоемкость механической обработки зубчатого колеса до
термической обработки; Т2 — трудоемкость механической обработки зубчатого
колеса после термической обработки.
Себестоимость зубчатого колеса
С3.к = Ci/(Ci + С2),
где С\ — себестоимость механической обработки зубчатого колеса до
термической обработки; С2 — себестоимость механической обработки
зубчатого колеса после термической обработки.
Коэффициент охвата составных частей изделий типовыми
технологическими процессами с учетом трудоемкости их изготовления определяется по
формуле
^-О.Т.Т.П -* Т.Т.П' -* ИЗ?
где Гттп — трудоемкость исполнения изделия по типовым техническим
процессам; Тю — технологическая трудоемкость изделия.
Проблема выбора дополнительных показателей технологичности
относительно основных показателей — трудоемкости и технологической себе-
33
— чис-
значе-
стоимости — сводится к оценке их значимости. Для оценки возможности
конкретного производства изделия в данном цехе используют коэффициент
применения типовых технологических процессов
KT.n=NTJNn,
где JVTn — число технологических процессов изготовления, ремонта или
технического обслуживания изделия, соответствующего типовым; N„ —
общее число применяемых при этом технологических процессов.
Коэффициент унификации изделия
Ку„ = Ny„/No6
— отношение числа унифицированных сборочных единиц изделия и его
унифицированных деталей, не вошедших в состав сборочных единиц (Л/ун), к
общему количеству соответственных составных частей изделия без учета
стандартных крепежных деталей (То6). Унифицированные изделия могут
быть покупные и не покупные.
Коэффициент повторяемости
Knm = (No6-N)/(N-l),
где JVo6 — общее количество основных частей изделия; N — количество
повторяющихся составных частей изделия.
Коэффициент сложности
Ксл = XI Хг,
где X — технический параметр конструкции нового изделия (масса,
мощность и т. д.); Ха — технический параметр конструкции изделия-аналога.
Планируемый рост производительности труда
Я1р = ((5п-56)/56)-100%,
где Вп и В5 — выработка на одного работающего соответственно в
планируемом и базисном годах соответственно.
Показатель уровня технологичности
Лу.т = К/Кб,
где К — показатель технологичности, достигнутый в процессе
проектирования данного изделия; К6 — базовый показатель технологичности,
установленный техническим заданием на проектирование.
Показателями расхода материала являются масса изделия, удельная
материалоемкость и коэффициент использования материала. Масса изделия
является дополнительным показателем технологичности конструкции,
который, в свою очередь, оказывает влияние на себестоимость и трудоемкость
изготовления изделия. Удельная материалоемкость изделия определяется
как отношение сухой массы изделия к номинальному значению его
основного параметра (мощность, производительность, крутящий момент и т. п.).
34
Коэффициент использования материала равен отношению сухой массы
изделия к массе материалов, необходимых для изготовления данного изделия
без учета массы покупных изделий. Общая металлоемкость представляет
собой сумму конструктивной и технологической металлоемкости:
м0 = мк + мот,
где Мх — чистая масса единицы изделия; Мт — масса отходов при
изготовлении изделия.
Удельную технологическую металлоемкость получим, разделив
соответствующий показатель металлоемкости на выходной параметр:
Л/уд-м = MJX,
где Мк — масса конструкции изделия; X— значение выходного параметра.
Коэффициент использования материала характеризует качество
конструкции и технологии изготовления исходных заготовок и механической
обработки заготовок:
К = '='
где Mj — масса г'-й составной части изделия; MMi — масса материалов,
необходимых для изготовления данной г'-й составной части изделия; п —
количество составных частей изделия.
Терминам следует уделять особое значение. Ранее был рассмотрен
показатель расхода материала, являющийся массой изделия. Но ведь масса
может быть сухой, номинальной, фактической, средней, наибольшей,
наименьшей и вероятной. Сухая масса — масса изделия без жидких и
газообразных наполнителей и специального оснащения, расходуемая в процессе
эксплуатации. Необходимо определить, какая масса берется в расчет.
Например, номинальная масса заготовки или детали, рассчитывается по
номинальным размерам детали или заготовки. Фактическая масса — масса
реальной детали или заготовки, определяется их взвешиванием. Средняя масса —
взвешенное среднеарифметическое значение массы партии деталей или
заготовок (среднеарифметическое значение будет зависеть от партии).
Наибольшую и наименьшую массы детали или заготовки в условиях
крупносерийного производства можно определить путем взвешивания за определенный
промежуток времени. Наибольшую допустимую и наименьшую
допустимую массы детали или заготовки можно определить техническими
условиями на допустимую предельную массу. Вероятная масса детали или
заготовки — наиболее часто встречающееся значение массы в партии. В чертежах
или технических условиях указывается номинальная масса. Поэтому при
расчете коэффициента использования металла и металлоемкости
учитывается номинальная масса детали и заготовки.
35
При сборке и эксплуатации изделий и регулировке их положений в узле
большое значение приобретают следующие факторы: простота
обслуживания и ремонта; наличие сборочных баз; использование принципов
конструкторской и технологической преемственности; обоснованность допусков на
сборочные размеры, соблюдение принципов взаимозаменяемости,
стандартизации, унификации и симплификации. Трудоемкость сборки
гсб = Хг<"; + Хг/д";д + Гобщ>
где Г, — трудоемкость сборки г-й составной части изделия; и, — количество
/-х сборочных единиц; Tia — трудоемкость г-й детали (не вошедшей в состав
при расчете Г,); и,д — количество г'-х деталей; Гобщ — трудоемкость общей
сборки и регулировки изделия.
Разные изделия (редукторы, раздаточные коробки и т. д.), имея
одинаковые функциональные назначения, могут иметь разные выходные
показатели, для их оценки введен удельный показатель трудоемкости, который
позволяет оценить изделие по показателям, приходящимся на единицу
выходного параметра:
-* уд.сб -* сб'^?
где X— значение выходного параметра изделия.
Коэффициент взаимозаменяемости
^■вз — •» п.в' -'об;
где Гпв — трудоемкость сборки, проводимой при полной
взаимозаменяемости деталей; То6 — общая трудоемкость сборки.
Коэффициент сборности
K*=NCJNM-NM,
где 7Vce — число сборочных единиц (включая покупные изделия); JV04 —
общее число составных частей с учетом деталей, не вошедших в состав
сборочных единиц; NM — число стандартных деталей (метизы).
Коэффициент унификации
где ,/Vye — число унифицированных сборочных единиц; NyA — число
унифицированных деталей, не вошедших в состав сборочных единиц.
Коэффициент стандартизации изделия
K„ = N„.e + NCTJN0.4-NM,
где N„,e — число стандартных сборочных единиц; NCT,a — число
стандартных деталей, не вошедших в состав сборочных единиц.
Уровень технологичности конструкции по трудоемкости сборки
-^у.т.с = Т'сб/Т'б»
36
где Гсб — трудоемкость сборки (расчетная); Т6 — базовый показатель
трудоемкости.
Базовый показатель трудоемкости сборки
-* б -* ан **-сл ^с.т?
где Tw — трудоемкость сборки изделия-аналога; Ксп — коэффициент
сложности проектируемого изделия; Кст — коэффициент снижения трудоемкости.
1.4.3. Качественная оценка технологичности конструкции изделия
Качественная оценка технологичности не позволяет, оценивая разные
варианты конструкции, сказать на сколько процентов один из них лучше
другого или на сколько он приближается к эталонному, что является ее
недостатком. Теория и практика выявили некоторые технологические
требования к различным конструктивным решениям, что позволяет избежать
явных ошибок.
Качественная оценка технологичности конструкции представляет собой
оценку соответствия принятых решений требованиям оптимальных
технологических процессов. Качественная оценка технологичности является
дополнением количественной оценки.
В результате качественной оценки изделия на технологичность делается
вывод о том, что данный вариант технологического решения наиболее
полно отражает или нет требования возможности применения прогрессивных
технологических процессов производства, сборки и ремонта изделия.
При проектировании новых конструкций и отработки их на
технологичность следует учитывать, что улучшение технологичности отдельно
взятой детали может вызвать необходимость проведения изменений в узле или
изделии в целом. Поэтому технологичность конструкции целесообразно
рассматривать как комплексное решение задачи, учитывающее требования
по всем составным частям производственного процесса изготовления
изделия (начиная с заготовки и кончая сборкой и использованием изделия).
Необходимо учитывать специфику завода-изготовителя и предлагать
новые технологические решения.
1.4.4. Пример качественной оценки изделия
на технологичность
В качестве примера рассмотрим особенности отработки на
технологичность конструкции зубчатых колес.
Правильность выбора варианта конструкторского решения оказывает
влияние на материалоемкость, трудоемкость, объем капиталовложений,
длительность технологической подготовки, качества изделия, объем
эксплуатационных и ремонтных работ и т. д. В то же время рекомендации по
37
Рис. 1.11. Варианты конструкций
цилиндрических колес:
а-е — зубчатые колеса со ступицей;
ж,з — зубчатые колеса без ступицы
отработке на технологичность должны
строго оговариваться граничными
условиями их использования. Например,
технологичные зубчатые колеса,
изготовленные в условиях массового
производства, могут быть не технологичными в
условиях мелкосерийного производства
и наоборот.
Практика показывает, что
инертность в решении тем выше, чем больше
масштаб производства. С одной стороны,
в массовом производстве применение
прогрессивных технологических
решений позволяет получить значительный
эффект, но с другой стороны, инертность
массового производства часто является
серьезным препятствием для их
применения.
Отрабатывая изделие на
технологичность, необходимо учитывать
специфику данного производства и формировать при этом условия
перспективного развития технологического процесса. Признаком высокой
технологичности, например, конструкции зубчатых колес, является их полная
взаимозаменяемость, для достижения которой требует обеспечить высокие
качественные показатели обработки всех их рабочих поверхностей. В
условиях массового производства при отработке зубчатых колес на
технологичность, изменения в конструкции следует вносить с учетом возможности
использования высокопроизводительных методов обработки и обеспечения
заданного качества рабочих поверхностей колес. В частности, не
рекомендуется проектировать зубчатые колеса с неравножесткой ступицей
(рис. 1.11, а, в, ё). Например, при протягивании отверстий это скажется на
точности обработки. Опорный торец должен обеспечивать устойчивость
заготовки, а не располагаться далеко от венца (рис. 1.11, а, б, е).
Зубчатые колеса с двумя венцами рекомендуется выполнять с таким
расчетом, чтобы расстояние между зубчатыми венцами было достаточным
для выхода червячной фрезы (рис. 1.11, г). Объясняется это тем, что
точность и производительность обработки червячной фрезы выше, чем у дол-
бяка. Если конструкция зубчатого венца такова, что не позволяет проводить
обработку на проход из-за отсутствия достаточного места для выхода
инструмента, то обработка зубьев ограничена только долблением (рис. 1.11, Э),
то в этом случае зубчатый венец следует располагать таким образом, чтобы
обеспечить возможность его обработки круглыми долбяками с внешним
диаметром более 150 мм, что обеспечивает повышение качества и
производительности обработки.
38
Не следует располагать перемычки не симметрично зубчатому венцу
(рис. 1.11, е), проектировать ступицу со значительными перепадами
диаметров, проектировать опорный торец ступицы не в одной плоскости с венцом,
или с незначительной площадью опорной поверхности, затрудняющей
установку в приспособлении или пакетом. Не рекомендуется проектировать
зубчатые колеса с тонкостенными ступицами и располагать в них шпоночный
паз напротив или близко к впадине зуба (рис. 1.11, ж). Жесткие монолитные
колеса позволяют избежать дополнительных погрешностей, связанных с
конструкцией, при механической и термической обработке (рис. 1.11, з).
Рекомендуется проектировать цилиндрические зубчатые колеса с
нечетным числом зубьев, что позволит использовать двухзаходные фрезы, а
следовательно, увеличит производительность процесса зубофрезерования.
Известно, что эксплуатационные характеристики изделий в значительной
степени зависят от качества поверхностного слоя их рабочих поверхностей.
Необходимо знать и использовать результаты исследований и опыт
предприятий, соизмеряя их с технологическими возможностями
конкретного производства. Например, замена абразивного хонингования алмазным в
1,5 раза увеличивает опорную поверхность сопрягаемых поверхностей, а
замена абразивного шлифования кругами из эльбора — в 4 раза повышает
контактную жесткость и т. д. Анализ достижений науки и производства
позволяет находить пути совершенствования конструкции и совершенствовать
процесс отработки ее на технологичность.
При отработке на технологичность зубчатых колес необходимо
использовать рекомендуемые (ГОСТами) модули, числа зубьев и размеры.
При простановке размеров не должно быть замкнутых размеров цепей с
допусками. Размерные цепи составляют таким образом, чтобы ошибки
измерения не складывались и обеспечивалось получение заданного размера по
настроечной операции в заданных пределах точности. Проставляя размеры,
необходимо учитывать возможность наиболее простого их измерения. Сама
система простановки размеров должна обеспечивать совмещение
конструкторских и технологических баз, т. е. установочный торец должен быть
базовым, иметь удобную установку на станке. При этом необходимо
обеспечивать максимальную доступность ко всем обрабатываемым поверхностям
при установке колеса на базовый торец.
Технологичность конструкции зубчатых колес зависит и от того,
насколько соответствует преемственность нового решения сохранению
конструкторских, технологических и измерительных баз.
Следует использовать по возможности унифицированные посадки,
диаметры и формы шпоночных и шлицевых отверстий. При назначении
допусков и величины параметра шероховатости на отдельные поверхности
необходимо учитывать конкретные производственные условия и возможности
применения различных конструктивных и технологических решений и не
допускать необоснованного ужесточения требований к обрабатываемым
поверхностям.
39
Необходимо стремиться к тому, чтобы число поверхностей,
подлежащих обработке, было минимальным, а конструкция зубчатого колеса имела
простые, открытые для обработки, геометрические формы и удобно
расположенные для применения производительного инструмента. Следует
стремиться и к тому, чтобы сечение зубчатого колеса не имело значительной
разности по толщине стенок, а их форма и расположение и жесткость не
требовали применения специальных приспособлений даже при
использовании деформирующего инструмента.
Следует стремиться обеспечить жесткую кинематическую связь между
инструментом и зубчатым колесом, что позволит достигнуть более высоких
качественных показателей процесса обработки.
Риск снижения качества рабочих поверхностей зубчатых колес
значительно уменьшается, например, если вместо зубошлифования, при котором
возможны прижоги и трещины, применяют более производительный и
лишенный этих недостатков процесс прикатывания. За счет уменьшения
модуля зубчатого колеса можно уменьшить общую трудоемкость изготовления
зубчатых колес и штучное время на его обработку.
Снижение трудоемкости при повышении точности и прочности зубчатых
колес невозможно обеспечить без учета взаимосвязи конструкции,
материала, метода получения исходной заготовки, термической обработки, выбранных
методов обработки зубьев, комплексного контроля зубчатых колес и т. д. Эта
взаимосвязь является основой при отработке зубчатых колес на
технологичность.
Конструкция зубчатых колес должна создавать возможность
автоматизации механической обработки и сборки. Обеспечение условия, при котором
центр тяжести зубчатых колес будет располагаться ближе к базовому торцу,
а число и площадь обрабатываемых поверхностей будет минимальным и
позволят упростить процесс автоматизации производства и сборки.
Завышенные требования на взаимосвязи обрабатываемых поверхностей
(эксцентриситет, неперпендикулярность торца и отверстия и т. д.)
удорожают производство зубчатых колес и снижают возможности автоматизации их
обработки. При этом следует учитывать и необходимость
автоматизированного контроля заданных точностных параметров.
При использовании роботов и манипуляторов (системы опознавания
конструкций) зубчатые колеса должны иметь признаки для их
распознавания и захвата с учетом возможности применяемой системы, но при этом
конструкция зубчатых колес не должна усложняться. Известно, что с
повышением прочности зубчатых колес, достигаемой путем
химико-термического упрочнения, снижаются точностные показатели. Поэтому при
возможности следует исключать термохимические упрочнения из маршрута
обработки зубчатых колес. Если сделать это невозможно, то необходимо свести
к минимуму влияние термической обработки, оценить его величину
создаваемых погрешностей и учесть их при построении технологического
процесса. В частности, зубообрабатывающий инструмент, применяемый до
40
термообработки, должен корригироваться по профилю в зависимости от
деформации зубчатого колеса, возникающей в процессе термообработки.
Целесообразность использования ГАПС (гибкой автоматической
производственной системы) зависит от степени отработки конструкции зубчатых
колес на технологичность (чем больше требуется от ГАПС гибкости, тем
она дороже).
Конструкция зубчатых колес, метод получения исходной заготовки,
методы обработки базового отверстия и рабочих поверхностей зубьев колес
оказывают прямое влияние на рентабельность ГАПС. В частности, методы
статистического контроля в этом случае уже не приемлемы, и необходимо
предусматривать условия активного контроля качества обрабатываемых
поверхностей зубчатых колес.
Следует учитывать, что для исключения дополнительных затрат,
связанных с обработкой заготовок с неисправным браком, необходим
поэтапный контроль производства зубчатых колес.
Взаимосвязь конструкций зубчатых колес с технологией их
изготовления неразрывны. В частности, процесс получения заготовки является одним
из важнейших этапов формирования общей себестоимости зубчатых колес.
Поиск оптимальных технологических процессов получения заготовок
является одной из наиболее сложных задач при оценке технологичности
конструкции. Например, в массовом производстве, благодаря приближению
формы заготовки к готовой детали, трудоемкость изготовления деталей в 2 раза
меньше, чем в мелкосерийном производстве.
Исходные заготовки зубчатых колес с формированными зубьями и
прошитыми отверстиями позволяют исключить процессы сверления и зен-
керования отверстий и черновое нарезание зубьев, следовательно,
снижается потребность в оборудовании, инструменте, уменьшаются затраты на
материал, энергоресурсы, высвобождаются производственные площади. При
этом качество зубчатых колес повышается. Таким образом, переоценить
значение отработки на технологичность исходных заготовок зубчатых колес
также довольно трудно, следовательно, проводить ее следует на всех этапах
производства.
Отработка на технологичность осуществляется в определенной
последовательности. Вначале проводят отработку технологического задания,
выбирая при этом изделие-аналог, и устанавливают значение базовых
показателей. (Себестоимость изготовления зубчатых колес является одним из
основных показателей технологичности конструкций.) Однако на практике
изделие-аналог может иметь меньшую себестоимость, особенно если
разрабатываемое изделие имеет более высокий технологический уровень.
Компенсировать эту разницу можно за счет повышения технического уровня
производства, нормы расхода материала и трудоемкости.
Затем проводят анализ схемы работы изделия, эскизного проекта,
технического проекта и типовых технологических процессов изготовления.
Конструкторско-технологическая документация включает в себя техниче-
41
ские условия на изготовление детали, ее массу, анализ марки материала,
количество и площадь обрабатываемых поверхностей, их качественные
характеристики, методы получения исходной заготовки и ее термической
обработки, технологические процессы обработки и сборки, а также
эксплуатационные и ремонтные технологии. И уже в результате полного технико-
экономического анализа принимается окончательное решение.
Под словом «анализ» понимают оценку базового и нового варианта по
качественным и, при необходимости, количественным оценкам
технологичности. Выбирают только тот вариант нового решения, который
соответствует требованиям перспективной технологии.
Выбор показателей технологичности конструкции следует проводить по
принципу возможно близкого приближения к «идеальному» или
нормативному показателю. При отсутствии показателей «идеального» изделия, за
базовый показатель берут показатели изделия-аналога.
Глава 2
Основные этапы разработки технологических
процессов деталей машин
■ 2.1. Выбор заготовок
2.1.1. Выбор материала заготовок
Материалом называют исходный предмет труда, потребляемый для
изготовления изделия.
Основным материалом называют материал исходной заготовки. К
основному материалу относят материал, масса которого входит в массу
изделия при выполнении технологического процесса.
Исходной заготовкой называют заготовку перед первой
технологической операцией.
Обоснованный выбор материала для изготовления заготовок является
важнейшим этапом проектирования технологического процесса. Материал
(при определенной термической обработки) определяет эксплуатационные
качества и долговечность работы изделия.
Основой при выборе материала заготовки изделия являются следующие
требования: он должен обеспечивать необходимую прочность, обладать
оптимальными технологическими свойствами при минимальной стоимости
готовых изделий и хорошей обрабатываемости.
Выбор материала зависит от условий работы детали в узле.
При анализе условий работы деталей следует учитывать:
• максимальную нагрузку, которая может возникнуть в изделии при
эксплуатации;
• характер приложенной нагрузки (статическая, динамическая,
знакопеременная и т. д.);
• температурные условия работы (интервал температуры, постоянная
или переменная температура);
• наличие агрессивной среды (кислотная, щелочная, газовая);
• тип трения (скольжение, качение) рабочих поверхностей изделия в
процессе эксплуатации;
• характер износа (абразивный, окислительный);
• допуски на коробление и поводку, твердость, а также пределы
отклонений других показателей.
43
На основании анализа условий работы изделия разрабатывают
требования, обеспечивающие его максимальную долговечность и наилучшую
работоспособность.
Детали машин часто выходят из строя вследствие повышенного износа
или местной коррозии. Повышение износостойкости трущихся стальных
деталей достигается различными видами химико-термической обработки.
При решении задачи по выбору материала необходимо решить вопрос о
способе термической обработки.
Если материалом изделия является сплав, то вместо таких показателей,
как прокаливаемость, закаливаемость, характер превращений, вводятся
другие показатели, например, способность сплава к упрочнению.
После технического обоснования выбранного материала и технологии
термической обработки детали следует обосновать экономическую
целесообразность его применения.
Механические свойства материалов являются одним из важнейших
критериев при выборе их для деталей машин. Под механическими свойствами
металлов понимают совокупность показателей, характеризующих их
сопротивление деформированию и разрушению при действии на них нагрузки. К
основным механическим свойствам относят прочность, пластичность,
твердость, ударную вязкость.
Под действием внешних сил в твердом теле происходят изменения
размеров и формы практически без изменений объема, называемые
деформациями. Процесс возникновения деформаций называют деформированием.
Деформации, исчезающие при разгрузке, называют упругими, а не
исчезающими после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.
Под действием сил (внутренних и внешних) в твердом теле
возникают напряжения, которые характеризуются внутренними усилиями,
приходящимися на единицу площади поперечного сечения. Способность
материала сопротивляться деформации или разрушению под действием
статических или динамических нагрузок называют его прочностью.
Прочность различных материалов оценивают характеристиками
механических свойств, определяемыми при механических испытаниях, которые
проводят в условиях: растяжения, сжатия, изгиба, кручения, сдвига,
вдавливания.
Наиболее распространенными в машиностроении являются статические
испытания характеристик механических свойств в условиях растяжения,
динамические испытания ударной вязкости при изгибе и статические
испытания твердости при вдавливании.
Чтобы напряжения и деформации при эксплуатации деталей машин не
превосходили допустимых пределов, необходимо для изготовления этих
деталей подбирать соответствующие материалы.
Пластичность — способность материалов под действием нагрузки
изменять свою форму и размеры без разрушения, а после снятия нагрузки
сохранять измененную форму и размеры. Иными словами, пластичность —
44
способность материалов к остаточной (необратимой) деформации, т. е. к
пластической деформации.
Твердостью называют способность материала сопротивляться
проникновению в него другого более твердого тела.
Ударной вязкостью называют способность материала поглощать
механическую энергию под действием ударной (динамической) нагрузки.
Под действием нагрузки в материале возникают напряжения,
являющиеся мерой интенсивности внутренних сил. Напряжения обозначают
буквой о, измеряют в Н/м2 и определяют по формуле
где Р — нагрузка, Н; F0 — площадь поперечного сечения действия сил, м .
Для надежной работы деталей машин необходимо, чтобы напряжения и
деформации при эксплуатации деталей не превосходили допустимых
пределов. Это достигается правильным выбором материала детали, для чего
необходимо знать в первую очередь механические свойства и
обрабатываемость материала.
Оценку твердости материала изделия проводят путем вдавливания в
него индикатора определенной формы. Оценку твердости заготовок
проводят методом Бринелля или Роквелла. При оценке твердости по методу
Бринелля индентором является -шарик диаметром 2,5, 5 или 10 мм, который
вдавливается в исследуемый материал с помощью пресса Бринелля (рис. 2.1).
Твердостью по методу Бринелля называют отношение нагрузки N,
приложенной к шарику диаметром D, к площади отпечатка:
НВ =
2N
nD(D-ylD2 -d2Y
где d— диаметр отпечатка.
Для оценки твердости более твердых или термически обработанных из
делий применяют метод измерения
твердости по Роквеллу (HRC). При этом методе в
поверхность изделия вдавливается либо
стальной закаленный шарик D ~ 1,588 мм
(1/16"), либо алмазный конус (пирамида) с
углом при вершине 120°. Полученные
отпечатки измеряют и по специальным
таблицам переводят в значение твердости.
Требования к твердости материалов
изделий должны регламентироваться только по
шкале С Роквелла, воспроизводимой
государственным специальным эталоном (HRC).
а) 6)
Рис. 2.1. Схема оценки твердости
материала изделия по Бринеллю:
a — вдавливание шарика; б —
получение отпечатка
45
В табл. 2.1 приведены числа твердости металлов и сплавов при методах
определения твердости по Бринеллю (НВ), Роквеллу (HRC) и Супер-Роквеллу
(HRC3) (см. табл. 2.1). Переводная таблица позволяет внести исправления в
ранее выполненные чертежи деталей и заготовок. Например, на чертеже
изделия было указано «калить 58-61 HRC», на новом чертеже для получения
той же твердости следует указать число твердости по HRC3, т. е. «калить
59-62 HRC,».
Таблица 2.1
По Бринеллю НВ
146
149
153
156
159
163
166
170
174
179
183
187
192
196
По Роквеллу HRC
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
По Супер-
Роквеллу HRC3
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
По Бринеллю НВ
202
207
212
217
223
229
235
241
248
255
262
269
277
286
По Роквеллу HRC
—
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
По Супер-
Роквеллу HRC3
—
20,2
21,2
22,2
23,1
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
31,9
По Бринеллю НВ
293
302
311
321
332
340
351
364
375
387
402
418
430
444
По Роквеллу HRC
31
33
34
35
36
37
38
39
40
41
43
44
45
47
По Супер-
Роквеллу HRC3
32,9
24,8
35,8
36,8
37,7
38,7
39,6
40,6
41,6
42,5
44,5
45,4
46,4
48,4
По Бринеллю НВ
460
477
495
512
532
555
578
600
627
652
—
—
—
—
По Роквеллу HRC
48
49
51
52
54
56
58
59
61
63
65
67
69
72
По Супер-
Роквеллу HRC3
49,3
50,3
52,2
53,2
55,2
57,1
59,0
60,0
62,0
63,9
65,8
67,8
—
—
В машиностроении широкое распространение получили заготовки
(отливки) из серого ковкого чугуна, углеродистых и легированных сталей, а
также цветных металлов (рис. 2.2). Механические свойства марок серого
чугуна приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Марка чугуна
СЧ40
СЧ45
Предел прочности при растяжении
не менее, МПа (кгс/мм2)
392 (40)
441 (45)
Твердость
20,2-31,8 HRC,
(207-285 НВ)
24-32,1 HRC,
(229-289 НВ)
46
Сплавы
I
Черные (железные)
Цветные (нежелезные)
I
Сталь
Углеродистая -
Низко-
углеродистая
Средне-
углеродистая
Высокоуглеродистая
• Легированная
Низколегированная
Средне-
легированная
Высоколегированная
Чугун
Белый
Не-
пегированный
Легированный -
Ковкий
- Перлитный
L- Ферритный
Тяжелые
Медные
Медь
Оловянные
Бронзы
Без-
Латуни
Меднониквпевые
Легкие
Никелевые
Магниевые - • Титановые
Кобальтовые
Алюминиевые
Свинцовые
Цинковые
Подшипниковые
*- Сложные сплавы
Креиисто-
иедные
Кремневые
Рис. 2.2. Материалы заготовок из черных и цветных металлов
Показателем механических свойств серого чугуна является предел
прочности при растяжении. Ковкий чугун, в зависимости от состава
микроструктуры металлической основы, разделяют на ферритный (Ф) и
перлитный (П) классы.
Отливки из ковкого чугуна марок КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12
ферритного класса характеризуются ферритной или ферритно-перлитной
микроструктурой металлической основы.
Отливки из ковкого чугуна марок КЧ 45-7, КЧ 50-5, КЧ 55-4, КЧ 60-3,
КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-1,5 перлитного класса характеризуются в основном
перлитной микроструктурой металлической основы.
Механические свойства некоторых марок ковкого чугуна представлены
в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Марка
ковкого
чугуна
КЧ 70-2
КЧ 80-1,5
Временное
сопротивление разрыву,
МПа (кгс/мм )
686 (70)
784 (80)
Относительное
удлинение,
не менее
2
1,5
Твердость
26-31,8 HRC,
(241-285 НВ)
30,1-36,7 HRC3
(270-320 НВ)
Показателями механических свойств ковкого чугуна являются
временное сопротивление разрыва и относительное удлинение. На поверхностях
отливок не допускаются дефекты, превышающие по глубине припуск на
механическую обработку.
Чугун и сталь являются железо-углеродистыми сплавами, обычно с
включением легирующих элементов. Обозначение легирующих элементов
следующее: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь,
Е — селен, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор,
С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ю —
алюминий, И — редкоземельные элементы.
Легирующими элементами серого (СЧ), ковкого (КЧ) и высокопрочного
(ВЧ) чугуна обычно являются кремний и марганец. Легированные стали
имеют более широкий спектр легирующих элементов. Их обычно
применяют для тяжелонагруженных деталей машин, так как они обладают
уникальным комплексом свойств, но в тоже время являются относительно дорогими.
Легированные стали разделяют на низколегированные (35ГС, 20ХГ2Ц, 25ХГТ
и др.), среднелегированные (30ХГС, 30ХГСН2А, 40ХСН2МА и др.) и
высоколегированные (Н18К9М5Т, Н8К18М14, Н18К12МЗТ2 и др.).
Низколегированные стали применяют для сортового и фасонного
проката, среднелегированные — для высоконагруженных изделий (осей
работающих на срез шпилек, балок и т. д.). Высоколегированные стали обладают
наряду с высокой прочностью хорошей пластичностью, хладно-, тепло- и
48
коррозионной стойкостью, размерной стабильностью, сопротивляемостью к
хрупкому и усталостному разрушению.
Низкоуглеродистые стали применяют для изготовления прутков,
уголков, труб и т. д. Среднеуглеродистые стали используют для изготовления
небольших деталей, не требующих сквозной прокаливаемости при
термической обработке.
Высокоуглеродистые стали (0,6...0,8 % С) хорошо работают в условиях
трения при наличии высоких статических вибрационных нагрузок, поэтому
из них изготавливают пружины, рессоры, шпиндели и подобные детали.
Широкое распространение в машиностроении получили заготовки из
углеродистых качественных конструкционных сталей.
Твердость углеродистой стали диаметром или толщиной менее 5 мм не
регламентируется и устанавливается по согласованию с потребителем. В
сталях с содержанием углерода более 0,3 % (по нижнему пределу),
предназначенных для поверхностной закалки токами высокой частоты, проверяют
глубину обезуглероженного слоя, которая не должна превышать 0,5 % от
диаметра или толщины. В сталях со специальной отделкой или с
обработанной поверхностью обезуглероженный слой не допускается.
Создание новых машин и механизмов вызывает потребность в
материалах, обладающих высокой твердостью, прочностью, химической
стойкостью, отличающихся сравнительно малым удельным весом, способных
существенно не изменять своих механических свойств при высоких нагрузках.
Ученые настойчиво ищут все новые возможности удовлетворения
повышенного спроса на высококачественные металлы, сплавы и пластмассы.
Важнейшей характеристикой материала заготовки является его
обрабатываемость. Обрабатываемость часто рассматривают с трех точек зрения:
1) влияние свойств металлов на их способность изнашивать и разрушать
режущую часть инструмента; 2) влияние свойств металлов на
сопротивляемость резания; 3) влияние свойств металлов на качество обработанной
поверхности.
Понятие «обрабатываемость металлов» характеризует совокупность
качеств, которые определяют производительность труда при обработке
резанием и, следовательно, себестоимость продукции.
Обрабатываемость металлов связана с их химическим и структурным
состоянием. На обрабатываемость оказывает влияние целый комплекс
механических и теплофизических характеристик металла и ряд
параметров, непосредственно связанных со свойствами кристаллической решетки
металлов.
Исследование обрабатываемости, т. е. установление оптимальных
условий обработки металла включает: определение оптимальных марок
инструментального режущего материала для данных операций, оптимальных
геометрических параметров режущего инструмента и состава СОЖ,
установление зависимостей составляющих силы резания и стойкости инструмента от
режимов резания, исследование влияния режимов резания, геометрических
49
параметров инструмента и величины его износа на качество обработанной
поверхности, исследование влияния термической обработки и
предварительной деформации на обрабатываемость для получения структуры, при
которой обрабатываемость будет наиболее высокой и стабильной.
Особое место занимает изучение влияния на обрабатываемость
металлов способа их получения и химических элементов, входящих в их состав.
Эта задача решается совместно с металлургами.
Обрабатываемость металлов резанием оценивается по характеристикам,
отражающим способность металлов ограничивать производительность их
обработки или вызывать затруднения в обеспечении требуемой точности и
качества обработанной поверхности.
Обычно обрабатываемость при предварительной обработке оценивается
по способности изнашивать режущую часть инструмента до оптимального
износа при работе с определенным сечением среза инструмента, имеющим
оптимальные геометрические параметры, и определяется по скорости
резания, соответствующей определенной стойкости инструмента. Величину
стойкости выбирают такой, при которой достигается либо минимальная
стоимость обработки, либо минимальный износ инструмента.
При предварительной обработке оценивают следующие характеристики:
максимальное сечение среза и максимальную величину износа
инструмента, при которых наступает поломка инструмента;
сопротивление резанию;
способность образовывать хорошо завивающуюся и хорошо
ломающуюся стружку.
В каждом отдельном рассматриваемом случае требуется глубокий
теоретический анализ и экспериментальные исследования. Например, у хромо-
никелевых аустенитных сталей обрабатываемость точением может быть
улучшена при помощи отжига или отпуска и ухудшена закалкой или
нормализацией, а обрабатываемость некоторых сплавов на хромоникелевой
основе улучшается при закалке и ухудшается при отжиге и отпуске.
Улучшение обрабатываемости следует рассматривать не только в
отношении к процессу резания, но и к холодному пластическому
деформированию, электроискровому, электрохимическому и другим методам обработки
заготовок.
Обрабатываемость металлов является сложной и многогранной
характеристикой и при ее оценке необходимо учитывать многообразие факторов,
характеризующих процессы механической обработки (производительность,
качество и себестоимость обработки). Содержание любой механической
обработки изделия состоит в воздействии на него различными способами с
целью достижения заданных макро- и микрогеометрии поверхности и
физико-механических свойств поверхностного слоя с максимальной
производительностью и при наименьшей себестоимости.
Следовательно, определение условий, обеспечивающих наилучшую
обрабатываемость металлов, является важнейшей задачей при проектировании
50
технологических процессов, разработке новых методов обработки и выборе
материала исходной заготовки.
Для решения задачи улучшения обрабатываемости материала
необходимо систематизировать факторы, влияющие на физико-механические
свойства этого материала. Физико-механические свойства материалов зависят от
макро- и микроструктуры, химического состава и их состояния в различных
условиях. Улучшения обрабатываемости достигается за счет изменения
химического состава материала или применения различных видов
термообработки, изменяющих структуру и физико-механические свойства материала.
Обычно в качестве эталона обрабатываемости берут сталь 45 в
состоянии нормализации или отжига.
Наряду с выбором материала и его обрабатываемости большое значение
имеет обработка конструкции заготовок на технологичность.
2.1.2. Технологичность конструкции заготовок
Обрабатываемость материала заготовки является одним из
определяющих показателей, оказывающих влияние на построение технологического
процесса обработки заготовок.
При отработке на технологичность исходных заготовок в условиях
массового и крупносерийного производства одним из важнейших показателей
является коэффициент использования металла. В условиях массового и
крупносерийного производства для обеспечения технологичности
конструкции исходные заготовки должны быть приближены (по форме и
размерам) к готовой детали и иметь простую геометрическую форму с плавными
переходами.
Для штампованных заготовок форма линий разъема штампа должна
лежать в одной плоскости и не препятствовать извлечению заготовок из
штампа.
К основным процессам малоотходного производства заготовок можно
отнести штамповку, поперечно-клиновую прокатку, штамповку в
многопозиционных горяче-высадочных автоматах, горячую накатку, метод
порошковой металлургии и т. д.
Следует учитывать, что в разных условиях производства одна и та же
исходная заготовка может быть технологичной и нетехнологичной.
Технологичность конструкции заготовок постоянно совершенствуется, так как
неразрывно связана с уровнем развития техники и технологии.
При отработке исходной заготовки на технологичность необходимо
обеспечить хорошую обрабатываемость применяемых материалов,
унификацию, стандартизацию и нормализацию конструкций, возможность
применения прогрессивных методов и процессов получения исходных заготовок.
Выбор марки материала для изготовления изделий зависит от условий
их эксплуатации, передаваемых нагрузок, скоростей перемещения, требова-
51
ний к долговечности, износу, прочности, обрабатываемости, короблению
при термической обработке, стойкости, усталостного выкрашивания и
стоимости. Стоимость стали поставлена на последнее место неслучайно, так как
более дешевые углеродистые стали при термической обработке имеют
значительные коробления при невысокой прочности.
Низкая первоначальная стоимость материала заготовки может привести
к значительным дополнительным затратам, поэтому часто целесообразнее
использовать более дорогие легированные стали и оценить правильность их
выбора по конечным экономическим результатам.
Углеродистые стали обычно имеют низкую прочность и значительные
коробления, возникающие после химико-термического упрочнения.
Легирование сталей с содержанием углерода 0,15...0,25 % и их
термическая обработка позволяет получить лучшее качество изделий. Низкий
процент содержания углерода позволяет получить максимальную вязкость,
а высокое содержание углерода — максимальную прочность сталей.
Наличие такого легирующего элемента как хром усиливает действие углерода,
расширяет предел упругости, повышает твердость, прочность на разрыв,
прокаливаемость и износостойкость. Никель позволяет расширить предел
упругости и увеличить как ударную прочность, так и прочность на разрыв,
износостойкость и усталостную прочность. Молибден увеличивает
прокаливаемость стали.
Марганцовистые и хромистые стали применяют для изделий,
воспринимающих кратковременные и незначительные по величине перегрузки.
Легированные стали с малым содержанием углерода (до 0,25 %) применяют
в изделиях, воспринимающих длительные и значительные по величине
перегрузки.
С точки зрения отработки изделий на технологичность применяемые
материалы должны отвечать требованиям заданной прочности и
эксплуатационной надежности, обладать хорошей обрабатываемостью и стабильной
твердостью.
Учитывая условия наследственности, можно с уверенностью
констатировать, что точное изделие начинается с точной исходной заготовки, тип
которой зависит от программы выпуска, размеров и массы изделия.
Технологичность заготовок обуславливается в основном следующими
условиями:
• рациональным выбором материала и методом получения заготовок;
• технологичностью формы заготовок;
• рациональной простановкой размеров, допусков и величин параметра
шероховатости поверхностей;
• достаточной жесткостью и удобством их установки и базирования в
приспособлениях на первых операциях;
• возможностью обработки на проход, удобством врезания и выхода
инструмента;
• обеспечением равномерного и безударного съема металла.
52
Выбор метода получения заготовок зависит от программы выпуска,
требований к качеству прочности и величины припуска. Например, в
условиях массового производства последовательностью операций типового
маршрута изготовления штампованных заготовок зубчатых колес является:
очистка исходной заготовки от поверхностных дефектов, разрезка, нагрев,
штамповка, прошивка отверстий (у колес-дисков) и термообработка.
Качество штамповки заготовок оказывает влияние на режимы резания,
стойкость инструмента, деформацию заготовки в процессе химико-
термической обработки и т. д.
С целью улучшения обрабатываемости материала заготовки и снижения
уровня деформаций при последующей химико-термической обработке
штампованные заготовки обычно подвергают нормализации или отжигу, при этом
твердость заготовок должна соответствовать 170-207 НВ. Например, заготовки
колес-дисков должны иметь отверстия, что значительно снижает затраты на
механическую обработку. Вместо обработки сверлением в сплошном металле с
последующим зенкерованием можно сразу осуществлять протягивание
отверстий, что позволит значительно сократить количество оборудования,
инструмента, материала, высвободить производственные площади.
Использование методов малоотходного производства является
прогрессивным направлением в области получения заготовок. Важнейшее
преимущество этих методов состоит в сокращении расхода металла, исключении
черновых операций и снижении трудоемкости обработки.
Отработка изделий на технологичность конструкции проводится с
учетом методов изготовления заготовок с целью обеспечения минимальной
трудоемкости механической обработки.
Выбор марки материала проводят, в первую очередь, с учетом
требований к допускаемой нагрузке. При наличии равноценных металлов (с точки
зрения удовлетворения поставленных целей) следует отдавать предпочтение
тем, у которых в процессе заданной термообработки следует ожидать
меньшее коробление.
2.1.3. Методы производства заготовок
В машиностроении основную массу заготовок изготавливают в
литейных цехах заливкой металла в формы, в кузнечно-прессовых цехах —
обработкой на ковочных и штамповочных молотах и прессах. На этой стадии
производства есть возможность экономии металла за счет изготовления
точных заготовок, по форме и размерам близких к готовым деталям машин.
Резервом экономии металла в литейном производстве является литье в
кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и
другими методами (рис. 2.3).
Метод получения заготовок определяется их стоимостью, технологическим
процессом механической обработки и типом производства. Каждый метод из-
53
Литье
в землю
При
ручной
формовке
При
машинной
формовке
Литье в
спецформы
В
стержневые формы
оболочковые
формы
_ В кокиль
оболочковый
кокиль
В
многократные
формы
Литье
Литье по
моделям
По
замораживаемым
ртутным
моделям
По
газифицированным
моделям
По
выплавляемым
моделям
Литье под
давлением
{
Центробежное литье
Под высоким
давлением
с холодной
камерой
Под низким
давлением
Литье
намораживанием
Горизонтальное или
наклонное
Вертикальное
_ В валках
_ Из расплава
- Выжиманием
Вакуумным
всасыванием
Под высоким
Ч давлением с
горячей
камерой
Рис. 2.3. Классификация методов получения заготовок
готовления заготовок позволяет обеспечить определенный квалитет точности,
величину параметра шероховатости и припуск на механическую обработку.
Требования к точности исходных заготовок постоянно растут,
разрабатываются новые методы точного литья, холодной обработки заготовок
давлением и другие методы, обеспечивающие значительное снижение затрат на
дальнейшую обработку заготовок.
Производство заготовок литьем
Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся
изготовлением заготовок путем заливки расплавленного металла в форму, при
охлаждении которой металл затвердевает, скопировав конфигурацию
формы. В результате получается заготовка, называемая отливкой. Масса
отливок может колебаться от нескольких граммов до 300 т, а длина от нескольких
сантиметров до 20 м. Литейные формы и способы их заполнения
расплавленным металлом многообразны. Наиболее распространенными
материалами литейных форм являются: песчано-глинистые и песчано-смоляные
смеси, сталь, чугун, сплавы, керамика и др.
Марка материала, применяемого при получении отливок, оказывает
существенное влияние на качество получаемых заготовок. Например, серый и высо-
54
Методы получения
заготовок
Ковка
Ковка на
молотах
и прессах
- На прессах
Машинная
ковка
На радиапь-
но ковочных
машинах
- На молотах
На мопотах в
подкладных кольцах
и штампах
Штамповка
Прокатка
Штамповка
на молотах
и прессах
Машинная
штамповка
Прокатная
Волочильная
Накатная
На прессах
С
последующей
калибровкой
_ На молотах
На чеканных
кривошилно-
копенных
прессах
Окончание рис. 2.3
копрочный чугун имеет высокую жидкотекучесть, что позволяет получить
толщину стенки 3.. .4 мм. Ковкий чугун обладает склонностью к образованию
трещин и значительных внутренних напряжений. Литье углеродистых сталей
так же затруднительно, как и литье ковкого чугуна, что требует
дополнительных затрат и специальной технологии. Легированные стали с увеличенным
содержанием марганца имеют хорошую жидкотекучесть, но склонны к
образованию трещин, хромоникелевые стали характеризуются низкой жидкотекуче-
стью, что затрудняет получение отливок с тонкими стенками. Таким образом,
технология производства заготовок является сложной и ее развитие является
одним из наиболее важных звеньев получения качественных изделий машин.
Литье в песчано-глинистые формы. Одним из распространенных
методов получения заготовок является литье в песчано-глинистые формы.
Песчано-глинистые формы подразделяют на три группы:
• разовые, изготавливаемые из песчано-глинистых смесей, служащие
для получения одной отливки (при выбивке отливки форма разрушается).
Их применяют при изготовлении заготовок из черных и цветных металлов
любого размера и веса;
• полупостоянные, изготавливаемые из огнеупорных материалов (шамот,
магнезит и др.) и служащие для получения нескольких десятков отливок;
• постоянные, изготавливаемые из металлов и сплавов.
55
Для изготовления разовой песчано-глинистой формы необходимо иметь
модельный комплект, опоки и формовочный инструмент. Модельный
комплект включает в себя модель, стержневые ящики, модели литниковой
системы, подмодельные плиты.
Модель — приспособление, при помощи которого получают отпечаток,
соответствующий внешней конфигурации отливки.
Литниковая система служит для заливки литейной формы металлом.
Опоками называются чугунные, стальные или алюминиевые рамки, в
которые помещается модель. Опоки с моделью набивают формовочной
смесью. Для центрирования и скрепления опок на боковых стенках делаются
приливы (проушины) с отверстием, в которые вставляются штыри.
При изготовлении разовой формы вручную для набивки формовочной
смеси применяют ручные и пневматические трамбовки. Исходными
материалами для приготовления формовочных и стержневых смесей являются
кварцевый песок, глина и различные добавки.
Для изготовления отливок применяют чугун, сталь, сплавы меди,
алюминий и др. Основными литейными свойствами сплавов являются:
жидкотекучестъ — способность металлов заполнять полость литейной
формы. Жидкотекучесть зависит от температуры заливки металла и его
химического состава;
усадка — способность металлов уменьшать линейные размеры и объем
при затвердевании. Чем больше усадка, тем выше вероятность получить
отливку с дефектами;
ликвация — неоднородность химического состава в сплаве. Различают
зональную ликвацию (в отдельных объемах отливки) и внутрикристаллит-
ную или дендритную (в пределах отдельных зерен).
В литейном производстве встречаются следующие виды брака:
газовые раковины — полости в отливке, образующиеся вследствие
повышенной влажности формы и ее низкой газопроницаемости;
песчаные раковины — полости в отливках, заполненные формовочной
смесью, возникающие вследствие частичного разрушения формы из-за ее
низкой прочности;
усадочные раковины — полости в отливках, появляющиеся при
неравномерной усадке в местах перехода от тонких к толстым ее частям;
шлаковые раковины — полости, заполненные шлаком;
трещины (горячие и холодные), возникающие из-за недостаточной
податливости формы и неравномерности охлаждения отливки;
недолив — незаполнение металлом некоторых частей формы;
спай — поверхностные потоки преждевременно застывшего металла.
Недоливы и спаи возникают из-за недостатка металла в ковше, его низкой
температуры при заливке и т. д.;
пригар — оплавившаяся формовочная смесь и затвердевшая на
поверхности отливки в виде корки. Образуется из-за недостаточной огнеупорности
формовочных и стержневых смесей.
56
Литье в оболочковые формы. Литье в оболочковые формы обеспечивает
точность размеров 13... 14 квалитета и величину параметра шероховатости
Ra = 6,3 мкм. Литейной формой является оболочка, состоящая из формовочных
смесей с термопластичными и термореактивными связующими смолами,
которые помещают в ящик с песком или дробью перед заливкой ее металлом. Для
изготовления оболочковых форм требуется дорогостоящая оснастка, а сама
форма используется один раз, поэтому данный метод целесообразно
использовать в массовом, крупносерийном и среднесерийном производстве для
изготовления заготовок массой до 100 кг (хотя имеется возможность получать
заготовки до 300 кг) и размером до 100 мм. Выделение вредных газов и паров в
процессе получения заготовок вызывает необходимость в хорошей вентиляции и
очистки газов с целью сохранения окружающей среды.
Литье в кокиль. В кокилях получают отливки (из чугуна и стали) с
толщиной стенки 5 мм, 12-14 квалитета точности, значениями параметров
шероховатости поверхности Ra= 12,5...3,2 мкм и массой до 200 кг. Этот метод
получения заготовок применяют в серийном и массовом производстве. По
сравнению с литьем в песчаные формы литье в кокиле позволяет повысить
производительность получения заготовок в 2-5 раз при меньшей их
себестоимости. К недостаткам этого метода литья относится невысокая
стойкость форм при литье чугуна и стали, возможность образования отбела
чугунных отливок, что вызывает необходимость проведения дополнительной
операции (отжига). Неподатливость металлической формы (имеющей
высокую стойкость) вызывает образование трещин в конструктивно сложных
отливках. Кокили изготавливают литыми из чугуна, стали, меди и
алюминия. В зависимости конструкции кокили бывают разъемными или вытрях-
ными. Широкое распространение получили многоместные кокили.
Литье по выплавляемым моделям. Литьем по выплавляемым
моделям получают отливки из сплавов цветных металлов, стали и чугуна.
Отливки можно получить массой от нескольких грамм до 300 кг.
Данный метод получения заготовок применяют в массовом, крупно- и
среднесерийном производстве при изготовлении мелких и сложных по
форме заготовок.
Сущность процесса литья по выплавляемым моделям заключается в
использовании точной неразъемной разовой модели, по которой
изготавливается неразъемная керамическая оболочковая форма, куда и заливается
расплавленный металл после удаления модели из формы путем выжигания,
испарения или растворения.
Этим способом можно изготавливать точные отливки из различных
сплавов толщиной от 0,8 мм и более с небольшими припусками на обработку.
Точность отливки и состояние ее поверхности определяются точностью
и качеством изготовления полости пресс-формы для выплавляемой модели.
Достаточно высокая огнеупорность и химическая инертность материала
позволяет получить высококачественные отливки. Точность размеров отливок
соответствует 8-11 квалитетам, Ra= 2,5 мкм, припуски на обработку резанием
57
для отливок размером до 50 мм составляют 1,4 мм, а размером до 500 мм —
около 3,5 мм.
Коэффициент точности отливок по массе может достигать 0,85-0,95,
что резко сокращает объемы обработки резанием и отходы металла в стружку.
Использование для изготовления моделей легко удаляемых материалов
(на основе парафина, канифоли, полистирола, карбамида или полистирола),
не прибегая к разборке формы, дает возможность нагреть расплавленный
перед разливкой металл до высоких температур, что значительно улучшает
заполнение формы и позволяет получать отливки очень сложной формы
практически из любых сплавов. При этом уменьшается расход
формовочного материала, материалоемкость процесса и вредные воздействия
производства на окружающую среду.
К недостаткам данного метода можно отнести высокую трудоемкость и
повышенный расход материала на литниковую систему при небольшом
выходе продукции. В тоже время получаемые отливки максимально
приближены по конфигурации к готовой детали, что значительно снижает затраты
на обработку заготовок резанием.
Литье под давлением. Литье под давлением — прогрессивный метод
изготовления отливок заключающийся в заполнении расплавленным
металлом металлической литейной формы под давлением сжатого воздуха или
поршня, когда металл запрессовывается в форму и воспроизводит ее точную
конфигурацию. Расплав металла заполняет форму с большой скоростью (до
35 м/с), что обеспечивает высокую плотность материала, точность и
качество поверхности слоя отливки.
Литьем под давлением получают отливки из стали, цветных металлов и
чугуна. Масса отливок может быть от нескольких граммов до 50 кг,
толщина стенки 1,0...0,8 мм. Этот метод литья позволяет получить отливки
высокой точности (8-12 квалитет) при Ra = 12,5...3,2 мкм. Метод литья под
давлением применяют в массовом и крупносерийном производстве.
Высокая производительность и возможность получения заготовок
сложной формы, имеющих мелкозернистую структуру и высокие
механические свойства, являются важным преимуществом этого метода получения
отливок. Однако высокая стоимость пресс-форм, низкая их стойкость (при
изготовлении отливок из стали, имеющей высокую температуру заливки и
низкую жидкотекучесть) не позволяет пока рекомендовать этот метод для
получения стальных заготовок. Широкое распространение получило литье
под давлением для изготовления отливок из цветных металлов и сплавов.
Литьем вакуумным всасыванием получают отливки в основном из
цветных металлов и сплавов, в меньшей степени из стали и чугуна. Отливки
имеют толщину стенки до 1 мм. Этот метод применяют в массовом и
серийном производстве, обычно для получения отливок из дорогостоящих сплавов.
Центробежное и другие виды литья. Центробежным литьем
получают отливки из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов. Применяют
данный метод в массовом и серийном производстве для получения пустоте-
58
лых и тонкостенных отливок (тел вращения) сложной конфигурации,
например, гильз, втулок, вкладышей и т. д. Используют центробежное литье с
горизонтальной и вертикальной осями вращения, реже с наклонной.
Изготовление отливок центробежным методом осуществляют путем
заливки металла во вращающуюся металлическую форму. Под действием
центробежных сил частицы расплавленного металла отбрасываются к
поверхности формы и, затвердевая, принимают ее очертания.
Отливка охлаждается наружной стороной (от изложницы) и изнутри (со
стороны свободной поверхности) за счет излучения и конвекции воздуха. При
интенсивном охлаждении расплава зарождаются кристаллы, устремляющиеся к
стенкам изложницы, а растущие от стенок изложницы кристаллы постоянно
питаются расплавом и растут перпендикулярно движению расплава.
Затвердевание металла под давлением приводит к уплотнению металла
и повышению механических свойств, в тоже время происходит отделение
газов, неметаллических примесей и вытеснение их на внутреннюю
поверхность отливки, что следует учитывать в расчете припусков для изделий,
имеющих внутреннюю рабочую поверхность.
Кроме рассмотренных методов получения точного литья применяют и
другие методы литья: непрерывное, электрошлаковое, выжиганием,
штамповкой из расплава и др. Область применения этих методов в условиях
машиностроения менее широкая.
Непрерывным и полунепрерывным литьем получают отливки из чугуна,
стали, алюминиевых и магниевых сплавов. Применяют этот метод в
массовом и серийном производстве для получения отливок постоянного
поперечного сечения неограниченной длины (станины металлорежущих станков,
корпуса гидро- и пневмоаппаратуры, трубы) и т. д.
Электрошлаковым литьем получают отливки из сталей и сплавов с
повышенными механическими свойствами массой до 300 т. Применяют в
серийном производстве для получения заготовок ответственных деталей
судовых двигателей, прокатные валки, турбины и т. д.
Литьем выжиманием получают отливки из алюминиевых и магниевых
сплавов. Применяют данный метод в массовом и серийном производстве
для изготовления тонкостенных (до 2 мм) и значительных по габаритам
(1000 х 3000 мм) заготовок.
Штамповкой из расплава получают отливки из цветных металлов и
сплавов, стали и чугуна. Применяют в массовом и серийном производстве
для изготовления фасонных отливок с толщиной стенки до 8 мм несложной
конфигурации с высокими механическими свойствами.
Производство заготовок пластическим деформированием
Ковка — метод обработки металлов давлением, при котором заготовке
придается заданная форма из слитка с помощью инструмента, не
ограничивающего течение металла в плоскости, перпендикулярной действию силы.
59
Различают ковку ручную и машинную. Машинную ковку производят на
молотах и гидропрессах. В единичном и мелкосерийном производстве ковка
является наиболее экономичным способом получения высококачественных
заготовок. Кроме того, ковка может оказаться единственно возможным
способом получения заготовки большой массы.
Ковка на молотах и прессах позволяет получать заготовки массой до
250 т простой формы; на молотах в подкладных кольцах и штампах до 10 кг,
при этом толщина стенок заготовки достигает 3...2,5 мм, точность 14—16
квалитет, а величина параметра шероховатости поверхности составляет Ra =
= 25... 12,5 мкм.
Ковку применяют в основном для получения заготовок из стали, иногда
цветных металлов и сплавов.
Штамповка — метод обработки металлов давлением, при котором
заготовке (поковке) придается достаточно сложная по конфигурации форма с
помощью инструмента (штампа), ограничивающего течение металла в
плоскости, перпендикулярной действию осевой силы.
В условиях массового и крупносерийного производства горячая
объемная штамповка гораздо рентабельнее ковки. Однако следует учитывать, что
штамповкой можно получить заготовки максимум до 100 кг, хотя и
существуют гидравлические прессы, способные получать поковки до 3 т и выше,
но в основном штампуют заготовки в основном массой до 30 кг.
Объемную штамповку применяют для получения заготовок (поковок) из
стали, цветных металлов и сплавов. Обычно исходной заготовкой для
штамповки является сортовой прокат. Горячую штамповку проводят на
молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), кривошипных горяче-
штамповочных прессах (КГШП) и винтовых прессах.
Формой поковки (стальной штампованной) называют пространственную
фигуру, определенную номинальными линейными и угловыми размерами.
Массой поковки является параметр поковки, определяемый исходя из ее
формы и плотности стали. При обозначении геометрических параметров
поковок принято применять следующие обозначения: длина — L, /; ширина —
В, Ъ\ диаметр — D, d; высота и глубина — Н, И; толщина — Т, t; межосевое
расстояние — А; радиус закругления — R.
Степень сложности является одной из важнейших характеристик формы
поковок (используется при назначении припусков и допусков). Степенью
сложности поковок С является отношение массы (объема) поковки Gn к
массе (объему) геометрической фигуры, в которую вписывается форма
поковки (7ф, т. е. С = Gn/Сф. Степень сложности поковок оценивают по
численным значениям данного отношения:
С\ — свыше 0,63;
С2 — свыше 0,32 до 0,63 включительно;
СЪ — свыше 0,16 до 0,32 включительно;
СА — до 0,16.
Выбор класса точности поковок проводят по табл. 2.4.
60
Таблица 2.4
Основное формирующее оборудование
Кривошипные горяче-штамповочные прессы:
при открытой (облойной) штамповке
при закрытой штамповке
при выдавливании
Горизонтально-ковочные машины
Прессы винтовые, гидравлические
Горяче-штамповочные автоматы
Штамповочные молоты
Калибровка объемная (горячая и холодная)
Прецизионная штамповка
Класс точности
Т1
+
+
Т2
+
+
+
тз
+
+
+
Т4
+
+
+
+
+
Т5
+
+
+
+
Все операции холодной штамповки условно можно разделить на два
основных вида: разделительные и формоизменяющие.
К разделительным относят штамповочные операции, при которых
внешние усилия, воздействующие на материал, превышают предел
прочности материала, что приводит к разрушению материала в зоне приложения
усилий, и происходит отделение одной части материала от другой.
К формоизменяющей операции холодной штамповки относят гибкую
штамповку, характеризующуюся относительным поворотом части заготовки
вокруг линии, называемой линией гиба. Гибкой называют технологическую
операцию штамповки, при которой из плоской заготовки или проволоки
получают изогнутую пространственную деталь. С помощью гибки, кроме
деталей из плоских заготовок и проволоки, изготовляют также детали из
профильного проката и труб.
Процесс гибки сопровождается упругой деформацией, в результате
которой форма детали отличается от формы инструмента. Величина упругой
деформации при гибке зависит от ряда факторов, основными из которых
являются механические свойства материала, его толщина, радиус гибки,
форма детали, тип штампа и др. Усилие гибки в штампах зависит от формы
детали, наличия или отсутствия прижима, механических свойств
изгибаемого материала, зазора между матрицей и пуансоном и т. д.
Технологические процессы гибки можно разделить на два вида:
совмещенная или последовательная гибка предварительно вырубленной
заготовки, последовательная гибка в ленте с отделением (отрубкой) готовой детали
на последнем переходе.
Операцию превращения плоской заготовки и полое изделие (или
дальнейшее изменение формы и размеров предварительно вытянутой заготовки),
осуществляемую с помощью вытяжных штампов, называют вытяжкой. Как
правило, детали, получаемые вытяжкой, имеют форму тела вращения с
цилиндрической, конической, параболической и другими формами боковой
61
поверхности, а также коробчатую форму или сложную пространственную
поверхность, сочетающую различные элементы форм.
Различают вытяжку без утонения материала и с утонением (протяжку).
При вытяжке с утонением форма полого тела вращения меняется вследствие
изменения поперечного размера (диаметра) и утонения стенок, т. е.
уменьшения толщины материала цилиндрической части детали по сравнению с
толщиной материала заготовки. Вытяжка без утонения стенок является
наиболее распространенным процессом изготовления деталей. Условием
вытяжки без утонения стенок является наличие между пуансоном и матрицей
зазора, ширина которого равна толщине заготовки или больше. Вытяжка
происходит в результате пластической деформации, сопровождаемой
перемещением значительного объема материала плоской заготовки и
образованием из него боковой поверхности полой детали.
Для определения размеров заготовки при вытяжке исходят из равенства
объемов заготовки и готовой детали, так как в процессе пластической
деформации сохраняется постоянство объема металла. Если вытяжка
производится без утонения стенок, то изменением толщины материала обычно
пренебрегают. В этом случае размеры заготовки можно определять, исходя из
равенства площади поверхности заготовки и готовой детали (по средней
линии толщины материала) с учетом припусков на обрезку.
Исходной формой заготовки для изготовления полых тел вращения
является плоская заготовка круглой формы (круг). Поэтому задача по
определению размеров заготовки сводится к нахождению диаметра круга. Во
время изготовления различных мелких полых деталей, типа пустотелых
заклепок, применяют последовательную вытяжку в ленте. Вытяжку
осуществляют на многопозиционных штампах последовательного действия,
устанавливаемых на прессах, которые оснащены устройством автоматической
подачи ленты.
Вытяжку применяют при изготовлении полых деталей, наиболее
характерными из которых являются детали осветительной аппаратуры, корпуса
звуковых сигналов, кожуха катушек зажигания и различных реле.
Современный технологический процесс изготовления такого типа деталей
предусматривает использование многопозиционных листоштамповочных
автоматов, на которых, как правило, получают окончательно отштампованную
деталь, не требующую дополнительной доработки.
Наиболее распространенным способом вытяжки деталей сферической,
параболической и криволинейной формы является процесс
последовательной вытяжки на многопозиционных листоштамповочных автоматах.
Вытяжка деталей прямоугольной коробчатой формы является сложным
процессом холодной штамповки, так как на криволинейных участках
происходит вытяжка, а на прямолинейных — комбинированный процесс гибки и
вытяжки.
Штамповочную операцию, при которой предварительно вытянутой
заготовке придается окончательная форма, называют формовкой. К ней же
62
относят и процесс формовки изнутри (выпучивания), характеризуемый тем,
что поперечное сечение изделия на определенном участке становится
больше, чем сечение предварительно вытянутой или полученной высадкой
полой заготовки. Формовку изнутри (выпучивание) осуществляют на штампах
с разъемной матрицей, используя в качестве пуансона эластичный элемент
или другое разжимное устройство.
К операциям листовой формовки относят правку (рихтовку), фасонную
(рельефную) штамповку, отбортовку, формовку, обжим, раздачу.
Листовая штамповка — метод обработки металлов давлением,
заключающийся в пластическом деформировании в штампах листовой заготовки с
целью получения разнообразных по назначению, форме и размерам
листовых деталей. Габаритные размеры заготовок колеблются от нескольких
сантиметров до 7 м с толщиной стенки 0,1... 100 мм. Точность заготовок
достигает 11-12 квалитет, а при дополнительной калибровке — 9-10 квалитет.
В условиях массового и крупносерийного производства применяют
высокоавтоматизированное оборудование и дорогие штампы. В условиях
средне- и мелкосерийного производства используют прессы с ЧПУ и
микропроцессорным управлением.
Правкой {рихтовкой) называют выравнивание поверхности деталей и
придание им окончательно заданной формы.
Фасонную {рельефную) штамповку применяют для получения на
плоских заготовках различных углублений и выступов, ребер жесткости и т. п.
Штамповка осуществляется в основном за счет перераспределения объемов
металла в локальной зоне.
Различают отбортовку отверстий и наружного контура. Эти операции
различаются характером деформации, схемой напряженного состояния в
зоне обработки и производственным назначением.
Отбортовкой называют процесс образования в плоском или полом (в
донной части) изделии с предварительно пробитым отверстием (а иногда и
без него) отверстия большего размера с цилиндрическими бортами. При от-
бортовке отверстия толщина материала у края бортов значительно
уменьшается.
К холодной объемной штамповке относят ряд штамповочных операций,
основанных на процессе перераспределения и заданного перемещения всего
объема металла заготовки. Холодная объемная штамповка обычно состоит
из нескольких операций, характеризующимися сходными по характеру
процесса деформирования.
Высадка — частичное изменение формы детали типа прутка. Большую
номенклатуру деталей изготавливают высадкой на специальных холодновыса-
дочных автоматах, например, высадка головок болтов, винтов, заклепок и т. п.
При выборе материала для изготовления какого-либо изделия методом
холодной штамповки необходимо учитывать следующие основные свойства
материала: механическую прочность, твердость, ударную вязкость,
коррозионную стойкость, электрическую проводимость, магнитную проницае-
63
мость (детали электрических машин), износоустойчивость и долговечность,
состояние поверхности материала (изделия декоративной отделки).
На выбор материала оказывают влияние и технологические факторы,
связанные с характером и видом деформирования, например, пластичность
материала при холодной штамповке или способность материала к глубокой
вытяжке. Технологические свойства материала зависят, прежде всего, от его
механических свойств, химического состава, структуры и размера зерна,
направления волокон при прокате, вида и режимов термической обработки,
степени деформации (наклепа).
Основными конструкционными материалами, применяемыми при
изготовлении изделий методом штамповки, являются металлические сплавы
(сталь различных марок, сплавы цветных металлов, а также
биметаллические) и неметаллические материалы (текстолит, прессшпан, резина, войлок).
Металлические материалы по виду заготовок можно разделить на рулонный
(шириной свыше 300 мм), ленты, листы, полосы, проволоку и круглый
прокат (в бухтах), прутки и прокат различного сечения. Неметаллические
материалы, как правило, поставляются в виде листов или полос.
В холодной штамповке используют различного рода штампы. Штамп
представляет собой устройство, состоящее из комплекта, определенным
образом связанных между собой деталей. Главные детали штампа выполняют
функции инструмента, воздействующего на детали.
Вспомогательные детали штампов служат для взаимного соединения
их деталей между собой и закрепления штампа на прессе или автомате
(плиты, хвостовики, направляющие колонки и втулки, толкатели, винты,
штифты и др.).
Штампы классифицируют по трем основным признакам:
технологическому (по роду и совмещенности операций), конструктивному,
эксплуатационному (по способу подачи заготовок и удаления отштампованной детали
и отхода).
По технологическому признаку штампы подразделяют на типовые
группы в зависимости от рода выполняемых операций: вырубные, отрезные,
пробивные, гибочные, вытяжные, формовочные и т. п.
По эксплуатационному признаку различают штампы с ручной подачей и
установкой заготовок и с автоматической подачей. Удаление деталей из
штампа осуществляется одним из способов: проталкиванием вырубленной
детали через отверстие матрицы, обратным заталкиванием вырубленной
детали в ленту с последующим ее удалением вне зоны вырубки, обратным
выталкиванием на поверхность штампа с последующим ручным или
автоматическим (например, струей сжатого воздуха) удалением. В зависимости от
числа выполняемых одновременно операций штампы можно разделить на
простые и комбинированные (совмещенного и последовательного действия).
Простые штампы (штампы простого действия) характеризуются тем,
что выполняемая на них операция состоит из одного перехода (вырубка,
гибка, вытяжка, формовка и т. п.). Вырубные штампы простого действия
64
часто изготавливают многоместными, а штампы для гибки, вытяжки,
формовки — как правило, одноместными.
Штампы совмещенного действия позволяют за один ход ползуна
пресса производить две и более различные по характеру деформации
штамповочных процессов (например, пробивка и вырубка, вырубка и вытяжка,
отрезка и гибка). Отличительной особенностью многопозиционных штампов
последовательного действия является выполнение каждого
технологического перехода на отдельной позиции штампа с перемещением заготовки или
ленты после каждого хода ползуна пресса из предыдущей позиции в
последующую. Таким образом, за каждый ход ползуна пресса получается готовая
деталь. Рабочие позиции штампов последовательного действия можно
располагать как в линию, так и по окружности (штампы с поворотным столом).
Часть плоских деталей изготовляют из полос или листов, так как
неметаллические материалы, например, поставляются только в виде полос или
листов. Лист обычно режут на полосы, из которых вырубаются детали
(заготовки). Подача полос в штамп может осуществляться вручную или с
помощью автоматического подающего устройства (например, валковой или
клещевой автоподачей). В настоящее время изготовляют комплексы
оборудования для автоматической подачи полос из стопы.
Используют установки для шахматной вырубки деталей из листа. Лист
загружается в специальное устройство (листоподачу), которая обеспечивает
автоматическую вырубку деталей непосредственно из листа.
Широкое применение находят стапелирующие устройства, которыми
комплектуются штампы последовательного действия. Стапелирующие
устройства позволяют выдавать штампуемые детали в упорядоченном
состоянии, сохраняющими постоянное взаимное расположение одной детали
относительно другой. Один конец стапелирующего устройства закрепляют к
штампу, а другой выводят из-под пресса в удобное для обслуживания место.
Вырубленные детали, проталкивая одна другую, перемещаются по
направляющим стапелирующего устройства в зону разгрузки, где их снимают с
помощью специального устройства и подают на сборку или на специальные
транспортные кассеты. Рассмотренные стапелирующие устройства являются
стационарными в отличие от съемных, которые выполняют функцию
накопителей и снимаются, как только наберется необходимое число деталей.
Для объемной штамповки деталей на прессах для выдавливания
применяют одно- или многоместные штампы (последние обычно с автоматической
подачей заготовок с позиции на позицию).
Основным видом оборудования, применяемого для холодной
штамповки, являются кузнечно-прессовые машины.
Этот вид оборудования можно разделить на несколько групп в
зависимости от рода привода, конструктивного исполнения, усилия на ползуне,
характера выполняемой на прессе технологической операции и т. д. По
способу приведения в действие прессы делят на механические (кривошипные),
гидравлические, пневматические и электромагнитные.
65
Кривошипные прессы наиболее распространены, и их используют для
выполнения самых разнообразных технологических операций. На их базе
созданы комплексы оборудования с различными видами средств
автоматизации: валковые и клещевые подачи (для ленты), полосоподаватели,
манипуляторы и робототехнические комплексы для штучных заготовок.
По технологическому признаку кривошипные листоштамповочные
прессы делят на три основные группы: универсальные, специализированные
и специальные.
На универсальных прессах можно производить большинство
технологических операций в пределах допустимых возможностей по усилию,
величине хода ползуна, размеров межштампового пространства.
Специализированные прессы предназначены для выполнения
определенных видов технологических операций (глубокой вытяжки, правки,
чеканки, вырубки и т. п.), однако их можно ограниченно использовать и для
выполнения других операций.
Специальные прессы обычно предназначены для выполнения
специальных видов работ, к ним относят также координатно-револьверные прессы и
на их базе обрабатывающие центры с числовым программным управлением.
Автоматы являются наиболее прогрессивным видом оборудования, их
использование в крупносерийном производстве экономически целесообразно,
несмотря на значительную трудоемкость наладочных работ, так как
коэффициент использования числа ходов ползуна у них достигает 70.. .80 %, в то
время как у обычных прессов не превышает 8... 12 %.
Специальные вырубные прессы с высокоточными механизмами подачи
ленты, небольшой величиной хода ползуна, работающие с большой
производительностью (300 ходов ползуна в 1 мин и более), используют для
последовательной штамповки заготовок из ленты. Автоматы
листоштамповочные многопозиционные предназначены для последовательной
штамповки деталей из ленты и штучных заготовок. Обычно это крупные штампы, у
которых рабочие части размещены в последовательности, соответствующей
очередности выполнения переходов (конструктивно оформлены как
автономные штампы). С помощью грейферной подачи осуществляется перенос
штампуемой заготовки с позиции на позицию. Автомат может производить
вырубку заготовки из ленты (некоторые автоматы снабжены устройством
для двухрядной шахматной вырубки), которая подается валковой подачей.
Для загрузки штучных заготовок (из кассет-накопителей) автоматы
комплектуются специальными загрузочными устройствами.
Автоматы универсально-гибочные многоползунные предназначены для
изготовления деталей из ленты и проволоки. Автоматы с горизонтальным
расположением ползунов позволяют производить последовательную
вырубку и гибку на нескольких рабочих позициях. Универсально-гибочные
автоматы с наклонным (или вертикальным) расположением ползунов имеют
позицию вырубки (пресс) и позицию гибки с кольцевым расположением
гибочных механизмов.
66
На универсально-гибочных автоматах вырубные штампы и гибочный
инструмент, как правило, разделены и имеют самостоятельный привод и
регулировку, что упрощает их наладку и эксплуатацию. Гибочные
механизмы выполнены в виде агрегатных устройств и устанавливаются в одно из
отверстий на монтажной плите в заданном положении. Привод ползуна
гибочного механизма осуществляется от кулачка, закрепленного на
приводном валу, либо непосредственно на ролик ползуна (на узком гибочном
механизме), либо через рычажную систему. Профиль кулачка выполняется в
зависимости от циклограммы (последовательности) работы гибочного
инструмента. Привод всех механизмов осуществляется от центральной
шестерни, кинематически связанной со всеми механизмами автомата.
На многопозиционных листоштамповочных автоматах все рабочие
позиции выполнены в виде самостоятельных штампов, установленных на одну
подштамповую плиту.
Для холодного выдавливания крупных стальных деталей применяют
прессы: механические кривошипно-коленые одно- и многопозиционные,
гидравлические. Для изготовления высадкой из калиброванного металла
деталей стержневого типа (заклепок, заготовок болтов, винтов и т. п.)
применяют автоматы холодноеысадочные двухударные с цельной матрицей.
Автоматы холодноштамповочные многопозиционные используют для
изготовления болтов и гаек. К группе оборудования для холодной объемной
штамповки относят автоматы резьбонакатные: с плоскими плашками, с
роликом и сегментом, с двумя роликами.
Для пакетирования легковесных металлических отходов и лома в
пакеты, удобные для транспортирования и переплавки, применяют прессы
гидравлические для пакетирования. Прессы гидравлические брикетировочные
используют для переработки стружки.
2.1.4. Производство калиброванной стали
Калиброванную сталь простых профилей изготавливают круглой,
шестигранной, квадратной и прямоугольной толщиной (диаметром) 3...100 мм.
Ее производят прутками и бунтами в калибровочных цехах в основном в
виде сортовой тянутой стали, применяя холодное, теплое, а иногда и горячее
волочение с небольшими (не более 25 %) обжатиями, как правило, в один
переход. В основном, около 80 %, такую сталь производят предприятия
черной металлургии. Машиностроительные предприятия выпускают главным
образом круглую калиброванную сталь до 20 % от общего объема
калиброванной стали.
В общем объеме выпуска повышается доля металла из легированных (в
том числе из коррозионностойких) сталей и сплавов; увеличивается выпуск
изделий повышенной точности по размерам профиля, кривизне и качества
поверхностного слоя за счет использования обточки, шлифовки и полиров-
67
ки; повышается объем производства калиброванной стали с улучшенной
обрабатываемостью резанием.
Современные калибровочные цехи оснащены
высокопроизводительными автоматическими поточными калибровочными линиями, где совмещены
несколько технологических операций: очистка поверхности металла от
окалины, волочение, правка и резка на прутки заданной длины, неразрушаю-
щий контроль качества, сортировка, консервация и упаковка прутков в
пачки. Весь технологический процесс контролируется в автоматическом
режиме с пульта управления.
Использование механических способов удаления окалины вместо
травления полностью исключает применение кислоты, сокращает расход
металла до 4 кг/т, улучшает условия труда рабочих и снижает вредные выбросы в
окружающую среду.
С внедрением на автоматических калибровочных линиях специальных
технологических смазок стало возможно протягивать подкат со скоростью
до 100 м/мин после дробеметной и иглофрезерной зачистки без нанесения
дополнительного подсмазочного слоя.
Применение косовалковых правильно-полированных машин в составе
калибровочной линии обеспечивает пруткам высокое качество поверхности,
сравнимое с качеством шлифованной поверхности, и кривизну их не более
0,5 мм на 1 погонный метр.
Если к калиброванной стали предъявляют особые требования по обез-
углероженному слою и другим поверхностным дефектам, то она проходит в
потоке неразрушающий контроль с использованием электромагнитных
дефектоскопов с последующей сортировкой. В конце калибровочной линии
прутки покрывают консервирующей смазкой.
Большим резервом экономии металла является применение в различных
отраслях машиностроения стальных фасонных профилей высокой точности.
Основным способом производства фасонных профилей высокой точности
является волочение. Преимущества данного способа: возможность многократного
волочения, стабильность получаемых размеров, высокая производительность.
Для изготовления фасонных профилей высокой точности
малотоннажными партиями в качестве исходной заготовки используют горячекатаный
прокат простой формы (круг, квадрат, прямоугольник).
Партии фасонных профилей сложной конфигурации, которые не могут
быть изготовлены горячей прокаткой, а также профили из труднодеформи-
руемых сталей и сплавов, получают из прессованной заготовки.
2.1.5. Производство заготовок из пластических масс
В машиностроении наряду с металлическими изделиями применяют
пластмассы, удельный вес пластмассовых деталей в машиностроении
постоянно возрастает.
68
Пластические массы — полимеры, в которых для придания требуемых
свойств введены наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и
другие добавки.
Полимеры — высокомолекулярные соединения, состоящие из длинных
молекул, которые содержат большое число одинаковых группировок,
соединенных химическими связями.
Наибольшее распространение получили композиционные пластмассы, в
состав которых, кроме полимеров, входят наполнители (порошковые,
волокнистые, слоистые) для обеспечения требуемых механических,
физических и эксплуатационных свойств.
По своему составу наполнители бывают минерального (слюда, кварц,
асбест и др.) и органического (древесная мука, бумага, ткань и др.)
происхождения.
Неорганические наполнители повышают твердость и теплостойкость.
Органические наполнители, хорошо пропитываясь полимерами, упрочняют
изделия на разрыв и ударный изгиб.
К числу преимуществ пластмасс как конструкторских материалов перед
металлическими материалами относятся: небольшая плотность; высокая
удельная прочность (удельная прочность, отношение предела прочности при
растяжении ав к плотности р, т. е. ав/р). Некоторые пластмассы имеют
прочностные характеристики выше, чем сплавы на основе меди и
алюминия: хорошая обрабатываемость давлением, литейные свойства,
свариваемость, склеиваемость, обрабатываемость резанием, высокие
антикоррозийные свойства.
Некоторые виды пластмасс имеют очень высокие антифрикционные
свойства, превосходящие аналогичные свойства чугунов и соизмеримые с
подшипниковыми сплавами. Все пластмассы обладают
электроизоляционными свойствами, являясь диэлектриками.
К недостаткам пластмасс следует отнести склонность к старению,
невысокую теплостойкость, низкий модуль упругости и низкую ударную вязкость.
Большое применение в машиностроении получили фенопласты —
сложные пластмассы, основу которых составляет термоактивная фенольно-
формальдегидная смола и различные наполнители. К ним относятся пресспо-
рошки, стекловолокниты и текстолиты.
Технологичность деталей из пластической массы обусловливается
возможностью использования методов литья и исключения стадии
окончательной отделки деталей.
При выборе пластических масс для конкретного использования в той
или иной детали необходимо учитывать назначение детали и специфические
требования, предъявляемые к ней (тепло- и электроизоляционные свойства,
прозрачность и т. д.), условия ее работы (температура, влажность, время
эксплуатации детали, особые условия рабочей среды), воспринимаемые или
передаваемые данной деталью нагрузки, возможность применения
оптимальных условий.
69
В настоящее время выпускается большой ассортимент полимерных
материалов, отличающихся малым удельным весом, стойкостью к
воздействию агрессивных сред, диэлектрическими и светотехническими
характеристиками, которые могут эффективно конкурировать с черными, цветными
металлами и другими традиционными материалами.
Механическая обработка детали должна быть минимальной или
совершенно отсутствовать.
Следует учитывать, что максимально допустимая разностенность
пластмассовых деталей составляет 1:3; переходы от одного сечения к другому
должны быть плавными без острых углов, деталь должна иметь ребра
жесткости. Ребра жесткости должны иметь равномерную толщину, конусность в
направлении прессования у основания и вершины ребра, а также скругле-
ния. По поверхности детали их следует располагать в шахматном порядке
или по лучам концентрических окружностей; детали не должны иметь
больших приливов; внешние радиусы скруглений в сопрягаемых элементах
детали рекомендуется принимать 3...8 мм, а внутренние — 0,5...3 мм в
зависимости от толщины сопрягаемых стенок; детали в форме стаканов
должны иметь конусность (минимально допустимая величина уклона 1 : 100);
края детали должны выполняться скругленными; для упрощения
конструкции пресс-форм и уменьшения их стоимости в деталях не желательно
выполнять поднутрения; отверстия в деталях должны быть
конусными,,величина уклона 1 : 50, глубина отверстий не должна превышать их диаметр
более чем в 2-3 раза; число знаков при формировании детали в пресс-форме
должно быть минимальным для того, чтобы не усложнять конструкцию
пресс-формы. Знаком называют деталь пресс-формы, с помощью которой в
пластмассовой детали в процессе литья или прессования формуют резьбу
или отверстие; конфигурация детали не должна препятствовать свободному
течению пластмассы при заполнении пресс-формы; крепежные отверстия не
следует располагать близко одно к другому или к краю детали; резьбу
рекомендуется выполнять метрической или трубной, крупная резьба по шагу в
пластмассовых деталях лучше, чем мелкая, ввиду большей прочности и
удобства при извлечении деталей из пресс-форм; при определении размеров
пластмассовых деталей следует учитывать усадку материала и допуска.
Термопластичные материалы
Полимеры, у которых при нагревании не образуется поперечных
химических связей и которые при некоторой характерной для каждого полимера
температуре могут многократно (повторно) размягчаться и переходить из
твердого в пластическое состояние, называются термопластическими
полимерами или термопластами.
Деталь должна легко извлекаться из пресс-форм. Если деталь
невозможно извлечь из пресс-форм, то ее следует проектировать составной, а
затем склеивать или сваривать.
70
В настоящее время наблюдается увеличение объема использования
термопластов благодаря их способности обеспечивать высокую
производительность труда при сохранении механических и электроизоляционных
свойств. Термопласты позволяют изготавливать высококачественные детали
сложной конфигурации с высокой степенью точности при сравнительно
небольших затратах.
Полиамиды представляют собой гетероцепные полимеры, содержащие в
основном цепи амидной группы (NHCO). В зависимости от строения
(соотношение метиленовых и амидных групп) полиамиды различают по
температуре плавления, водопоглощению и другим свойствам. Применение
полиамидов для нагруженных деталей, работающих при нагреве, ограничено из-
за недостаточно высокой температуры деформации под нагрузкой (до 100 °С),
повышенной усадки при литье под давлением деталей (до 2,5 %) и высокого
водопоглощения (до 11 % для капрона).
Водопоглощение ухудшает прочностные характеристики, нарушает
стабильность размеров в процессе эксплуатации, так как 1 %
водопоглощения вызывает изменение линейных размеров деталей на 0,2 %. Указанные
недостатки полиамидов устраняют введением в их состав волокнистых или
порошкообразных наполнителей. Усиливающее действие наполнителей
волокнистой структуры (стеклянного волокна) значительно выше, чем
дисперсных наполнителей (тальк, графит, дисульфид молибдена и др.). Мелко
рубленное стеклянное волокно равномерно распределяется в полимере и
хорошо смачивается им. Введение стекловолокнистого наполнителя в
термопласты значительно расширило сферу их применения. Оптимальное
количество стекловолокна в полиамидах составляет 30...33 %. При таком
содержании достигается достаточно высокое упрочение полимера с
сохранением хороших литьевых свойств. Например, прочность на разрыв у
полиамидов увеличивается в 2-3 раза, прочность на изгиб в 1,5-2 раза,
теплостойкость повышается с 60 до 200 °С, усадка снижается с 0,4 до 0,8 %.
Изделия из стеклонаполненных полиамидов работают в диапазоне
температур -60...+150 °С (кратковременно до +180 °С).
Поликарбонат представляет собой полиэфир угольной кислоты. В
промышленности нашли применение главным образом поликарбонаты на
основе дифенилолпропана, благодаря ценнейшим свойствам этих материалов и
сравнительной доступности исходного сырья для их получения.
Поликарбонат обладает ценным комплексом свойств, в котором сочетается
прозрачность стекла и прочность металла. Это — универсальный технический
термопласт, сочетающий высокую температуру деформаций (до 150 °С),
размерную ультрафиолетовую стабильность и высокую сопротивляемость
ползучести. Поликарбонат является стойким к воздействиям окружающей
среды полимером для использования в тропических условиях.
Полифениленоксид (арилокс) представляет собой термопластичный
материал, обладающий уникальным комплексом механических и
диэлектрических свойств, хорошей термостойкостью, стойкостью к агрессивным средам
71
и радиоактивному излучению, выдерживает все виды холодной обработки:
штамповку, резание, фрезеровку. Он склеивается с другими пластмассами и
материалами. Арилокс марки 2102 отличается стабильными свойствами в
условиях старения, низкой температурой расплава (250 °С) и малой
зависимостью вязкости расплава от условий переработки.
Полисульфон представляет собой термостойкий термопластичный
полимер. Материал практически не изменяет своих свойств в диапазоне
температур от -100...+150 °С. Электроизоляционные свойства полисульфона
сохраняются в широком диапазоне частот и температур, а также после
пребывания в воде и в условиях повышенной влажности. Полисульфон
отличается стойкостью к окислению и способностью к самозатуханию, при
высокой температуре не выделяет токсичных продуктов. Хорошо окрашивается с
помощью красителей, добавляемых непосредственно в бункер литьевой
машины.
Полибутжентерефталат обладает прекрасными тепловыми
свойствами. По сравнению с полиамидами обладает значительно меньшим влагопог-
лощением, по сравнению с поликарбонатом — высокой химической
стойкостью, механическими и антифрикционными свойствами, теплостойкостью,
низким влагопоглощением и, в результате этого, высокой стабильностью
размеров, хорошими диэлектрическими свойствами, стойкостью к усталостному
разрушению, к воздействию факторов окружающей среды и к действию
химических веществ. Детали из него имеют гладкую глянцевую поверхность и
их можно длительно эксплуатировать при температуре 120... 140 °С.
Полиэтжентерефталат представляет собой термопластичный
материал, получаемый путем модификации полиэтилентерефталатной смолы
полиэтиленом. Применяется для изготовления деталей конструкционного
назначения методом литья под давлением, устойчив к действию разбавленных
кислот, растворов минеральных солей, органических растворителей. Он
отличается низким коэффициентом трения, незначительным водопоглощени-
ем и стабильностью формы изделий. Изделия из полиэтилентерефталата
можно эксплуатировать в интервале температур -60.. .+150 °С.
Перечисленные пластмассы являются наиболее перспективными
термопластичными материалами в производстве изделий машиностроения. При
выборе термопластов, работающих при повышенных тепловых нагрузках,
необходимо учитывать их температуру плавления. Температура плавления
является критерием, позволяющим проводить отбор термопластов. Если
принять, что любая деталь, какова бы ни была ее обычная рабочая
температура, в некоторых случаях, должна выдерживать температуру 160... 180 °С,
данный критерий значительно сокращает список полимеров, представляя
возможность выбора только среди полиамидов, полиалкилентерефталатов,
модифицированных полифениленоксидов, имеющих температуру плавления
выше 180 °С.
Все перечисленные полимеры могут выдержать данную повышенную
температуру, но с учетом срока службы. Испытания показали, что перечис-
72
ленные материалы имеют продолжительный срок службы при повышенных
температурах, при этом, конечно, происходит частичная потеря их свойств.
Например, после выдержки в течение 20000 ч при температуре 100... 150 °С
они потеряют половину своих свойств.
Термореактивные полимеры (реактопласты) под действием теплоты и
давления подвергаются коренным необратимым изменениям. Изделия,
изготовленные из термореактивных материалов, не могут быть вновь
размягчены и переработаны заново.
Пресс-материалы представляют собой смеси термореактивных смол с
наполнителями и специальными добавками. Составные части пресс-
материалов находятся в тонкоизмельченном состоянии, поэтому такие
смеси названы пресс-порошками.
Изделия, получаемые из пресс-материала, связующим веществом в
котором является термореактивный полимер, отверждаются в пресс-форме
при нагревании и извлекаются из формы без охлаждения. Процесс
переработки пресс-материалов на их основе необратим. Отходы переработки
практически нельзя использовать. Термореактивные смолы (полимеры) и
пластмассы на их основе можно разделить на несколько групп. Наиболее
распространенные из них фенопласты, эпоксипласты, эфиропласты.
Фенопласты обладают хорошими механическими свойствами,
водостойкостью, стойкостью к растворителям, нефти, бензину, кислотам (но
малостойки к действию щелочей) и хорошими диэлектрическими
характеристиками. Фенопласты представляют собой композиции на основе новолач-
ных и резольных смол с органическими и неорганическими наполнителями.
Из органических наполнителей в основном используют древесную муку, из
неорганических — асбест, каолин, слюду, стекловолокно и т. д. Качество
изготовленных из фенопластов изделий зависит от свойств смолы и
наполнителя, от смачиваемости наполнителя смолой, адгезии между смолой и
наполнителем.
Методы переработки пластических масс
Конструкционные свойства пластмасс органически связаны с
технологией получения из них изделий. В процессе формования можно получить
различные структуры формуемого материала, которым соответствуют
разные эксплуатационные свойства изделий. Поэтому при оценке
конструкционных свойств пластмасс необходимо учитывать их зависимость от
технологии изготовления изделия.
Наиболее распространенным методом переработки термопластов
является литье под давлением. Этот метод позволяет изготовлять
высококачественные детали сложной конфигурации. Технологические свойства
термопласта, влияющие на его поведение при литье под давлением, определяются
комплексом его реологических, теплофизических и физико-механических
свойств. Для термопластичных материалов показателем текучести расплава
73
является его предел текучести — количество материала, выдавливаемого
через специальное сопло пластомера (2,095 ± 0,005 мм) при определенной
температуре и давлении в единицу времени. Предел текучести расплава
влияет на выбор оптимального режима переработки материала
(температура, давление, скорость экструдирования и др.) и номенклатуру
изготовляемых изделий.
Изделия из термопластичных материалов, получаемые литьем под
давлением, характеризуются анизотропией усадки. Анизотропия усадки —
разность между продольной и поперечной усадками образцов. Она зависит от
степени ориентации макромолекул.
Усадка изделий из термопластов определяется уменьшением его объема
расплава во время охлаждения в форме после впрыскивания. Она
происходит в три стадии: I и II стадии — от момента заполнения литьевой формы до
удаления изделия; III стадия — после извлечения из формы при охлаждении
до температуры окружающей среды. Усадка уменьшается с понижением
температуры расплава и увеличением давления на материал в процессе
литья. Усадка литьевых изделий зависит от времени, в течение которого
давление подается в форму.
Важным свойством термопластов является термостабильность —
время, в течение которого полимер выдерживает данную температуру без
разложения. Деструкция термопласта может протекать при нагреве до высоких
температур, или длительном нагреве под влиянием высоких напряжений
сдвига, при течении через сопло литьевой машины и литниковые каналы, а
также за счет оксидирования или гидролиза (при переработке влажных
полимеров). Термическая стабильность расплавов термопластов обычно
является достаточной, когда продолжительность пребывания термопласта в
цилиндре машины невелика. Однако при малой массе отливаемого изделия по
сравнению с максимально возможной массой отливки для данной литьевой
машины очень резко уменьшаются возможный температурный интервал литья
и максимальная температура, при которой происходит деструкция полимера.
Немаловажное значение имеет и давление переработки термопластов.
При литье давление в форме меняется при ее заполнении. Начальное
давление, создаваемое поршнем или шнеком, при заполнении формы
уменьшается, и в зависимости от условий проведения процесса давление в форме к
моменту раскрытия ее становится равным давлению окружающей среды или
несколько превышает его.
На качество изделий большое влияние оказывают давление отключения
и остаточное давление. Давление отключения возникает при закупорке
литниковых каналов отвердевшим материалом. Остаточное давление —
давление, под которым находится материал в момент раскрытия формы.
Увеличенные давления отключения повышают плотность отливки и уменьшают
усадку. Увеличение остаточного давления также повышает плотность
отливки, но отливка при этом плотно прилегает к стенкам формы, что
затрудняет извлечение изделия.
74
Процесс литья под давлением состоит из объемного или массового
дозирования гранулированного материала, загрузки отмеренной дозы
материала в обогреваемый инжекционный цилиндр, пластикации материала,
смыкания и запирания формы, подвода инжекционного механизма к форме,
впрыскивания пластифицированного материала в полость формы, выдержки
под давлением, охлаждения изделия в форме, размыкания формы и
извлечения готового изделия. Литье под давлением осуществляется на литьевых
машинах, называемых термопластоавтоматами. Основными узлами
литьевой машины являются инжекционная и прессовая части.
Производительность машины и качество изделий определяет узел впрыскивания. В
зависимости от марки перерабатываемого материала на машинах используют
сопла разных конструкций (открытого типа и с самозапирающим
элементом). При переходе кристаллических термопластов (полиамид, полиэтилен)
в вязкотекучее состояние в малом интервале температур используют
запирающее сопло. Аморфные полимеры с высокой вязкостью расплава
перерабатывают с открытыми соплами.
Конструкция прессовой части литьевой машины не влияет на процесс
литья, она определяет технико-экономические показатели машины.
Изготавливают литьевые машины для переработки термопластов с объемом
отливки от 8 • 10-6 до 1 • 1 (Г3 м3 с давлением литья до 0,18 Мпа.
Качество пластмассовых изделий зависит в большой степени от режима
переработки пластических масс: давления переработки, температурь!
расплава в обогреваемом цилиндре, температурного режима формы,
продолжительности цикла литья, правильно сконструированной и изготовленной
оснастки.
Выбор конструкции пресс-формы обусловлен конструкцией изделий и
свойствами перерабатываемого материала. Такие термопластичные
материалы, как поликарбонат, полиарилат, арилокс-2102, имеют высокую
вязкость расплава и низкую термостабильность, поэтому литье ведется в
подогретых формах при высоких температурах переработки. Литьевые формы
должны быть оснащены электрообогревом с терморегулятором. В
полуматрицах пресс-формы необходимо предусмотреть каналы для укладки спирали
обогрева и отверстия для установки датчиков, необходимых для контроля
температуры формы.
При конструировании многогнездных пресс-форм гнезда следует
располагать на одинаковом расстоянии от сопла для обеспечения
одновременного заполнения расплавом всех гнезд. В литьевых формах необходимо
избегать острых углов, создающих большие концентрации напряжений в
готовых изделиях, поэтому внешние и внутренние углы в изделиях должны
иметь скругления с небольшим радиусом. Для изготовления деталей пресс-
формы различных размеров и конструкций следует делать впускные
литники разного размера для обеспечения одновременной отливки всех деталей.
Форма и размеры разводящих литниковых каналов должны обеспечивать
минимальные потери давления при течении расплава полимера.
75
Для полиарилата ДВ-105 и ДВ-106 применяют разводящие литники
трапецеидального сечения с диаметром 4...6 мм. Впускной литниковый канал
должен иметь длину 0,5... 1 мм, поперечное сечение канала зависит от массы
изделия. Распределительные литники для термопласта арилокс-2102 должны
быть круглого или трапецеидального сечения с диаметром не менее 5 мм.
Глубина распределительного литника должна составлять 2/3 его
ширины. Максимальная длина распределительного литника составляет 10 мм.
Впускные каналы должны быть прямоугольной или полукруглой формы,
шириной до 3/4 полной ширины распределительного литника и длиной не
более 2 мм. Глубина впускных каналов составляет 3/4 толщины стенки
изделия, но не менее 1 мм. Чтобы первая капля относительно холодного
расплава не препятствовала заполнению формующей части пресс-формы,
необходимо под центральной литниковой втулкой предусмотреть поднутрение
глубиной 8... 10 мм в виде обратного усеченного конуса. По размеру
поднутрение выполняется равным выходному диаметру литниковой втулки.
При конструировании оснастки для получения деталей из
поликарбоната необходимо иметь литниковые каналы большого сечения, приливы и
разводящие литники. Литник следует располагать таким образом, чтобы поток
проходил от больших сечений к малым и находился предпочтительно в
зонах выталкивателей, знаков и вкладышей. Литниковая втулка должна быть
короткой с литьевым уклоном от 1 : 20 до 1 : 12, а литники — круглыми или
в виде трапеции.
Следует избегать полукруглых или плоских литников. Чем меньше
литник, тем больше перегрев расплава при подаче материала в полость формы.
Для формирования поликарбоната используют различные типы
литников: центральный, точечный, дисковый, кольцевой, туннельный, веерный. В
сдвоенной или многолитниковой конструкции образуются нежелательные
холодные спаи и задержка газа. В местах расположения литников
выполняют вентиляционные каналы глубиной 0,04...0,05 мм, в которые не затекает
материал с высокой вязкостью.
В случае несоблюдения режимов операции изготовления деталей из
термопластов при эксплуатации они могут растрескиваться. Это связано с
сохранением в изделиях внутренних напряжений, которые при неверно
выбранных параметрах переработки не успевают отрелаксировать.
Образование микротрещин приводит к разрушению деталей. Наибольшее
растрескивание вызывают растягивающие напряжения, оставшиеся в
материале после прессования. Погружение образца полистирола в растворитель, в
поверхностном слое которого действуют растягивающие напряжения,
приводит к растрескиванию, но образцы, в поверхностном слое которых действуют
сжимающие напряжения, при тех же условиях не растрескиваются.
Предварительный отжиг пластмасс повышает их стойкость к
растрескиванию. Вследствие образования множества мельчайших трещин,
отражающих и рассеивающих свет, происходит помутнение и так называемое
серебрение поверхности.
76
Для получения бездефектных изделий необходимо строгое соблюдение
режимов сушки и литья материала. Материал нужно сушить
непосредственно перед переработкой. Высушенный материал хранению не подлежит и
должен сразу перерабатываться. Длительность цикла литья зависит от
массы и толщины изделия, температур формы, расплава. Для мелких (массой до
10 г) изделий рекомендуемый цикл составляет 30...40 с, для средних
(массой до 30 г) — около 60 с. После окончания работы цилиндр литьевой
машины необходимо очистить полиэтиленом.
Реактопласты перерабатывают методом прессования. Прессование
осуществляют двумя основными способами: прямым (компрессионным) или
литьевым (трансферным). При первом способе давление воздействует
непосредственно на материал в полости пресс-формы, во втором — в
загрузочной камере, из которой по литниковым каналам расплав выдавливают в
полость пресс-формы. Прямому прессованию отдают предпочтение при
изготовлении несложных изделий, переработке высоконаполненных материалов,
производстве изделий максимально чистого цвета (особенно белого) и
изделий массой более 1 кг.
Литьевое прессование рационально применять для изготовления
армированных изделий сложной конфигурации, с тонкими стенками, при
повышенных требованиях к точности размеров.
Выбор способа и разновидности прессования зависят от применяемого
материала и его исходного состояния (волокнистый, слоистый или
гранулированный порошок), конструкции изделия, объема выпуска, степени
автоматизации оборудования и в целом производства.
В зависимости от основного технологического оборудования
применяют объемный или штучный метод дозировки материала. При объемном
методе гранулированные пресс-порошки с помощью пневмотранспорта или из
цеховых контейнеров загружаются в бункер пресс-автомата, реактопластав-
томата, роторной или ротационно-конвейерной линии. Дозировка
осуществляется шнеком-пластикатором или специальным механическим питателем.
Штучный метод дозировки заключается в подаче таблеток определенной
массы в зону формования с помощью механических питателей или вручную.
Малая теплопроводимость пластмасс и медленная скорость их прогрева
(если не применять предварительно подогрев материала) удлиняют цикл
прессования (точнее, время отверждения материала). Предварительный
подогрев токами высокой частоты особенно рационален при ускоренном
прессовании (при повышенной температуре).
Основная операция прессования (формование изделия) состоит из
нескольких переходов. После загрузки материалом начинается смыкание
пресс-формы. Затем, после соприкосновения пуансона с материалом до
окончания смыкания пресс-формы, происходит сжатие и дополнительный
нагрев материала. Для растекания предварительно ненагретого материала по
полости пресс-формы необходимы длительное время и повышенное
давление прессования. После растекания материала его давление снижается. За-
77
тем происходит отвердение материала; пресс-форма размыкается и давление
в ней резко снижается; изделие выталкивается.
В случае прессования изделий из материала, предварительно нагретого
в поле токов высокой частоты, при смыкании пресс-формы происходит
сжатие и незначительный нагрев материала, который переходит в вязкотекучее
состояние значительно раньше и при меньшем давлении, чем ненагретый
предварительно материал. Давление прессования увеличивается до момента
полного смыкания пресс-формы. Продолжительность отвердения и всего
цикла сокращается. Процесс прессования материала, предварительно
подготовленного в червячном пластикаторе, еще более эффективен, так как
материал загружается в вязкотекучем состоянии. Операция формирования часто
проводится с особыми приемами — предпрессовками (для удаления
газообразных продуктов) и задержкой давления (паузой).
Режимы прессования устанавливают, исходя из известных
технологических теоретических соображений, а затем уточняют применительно к
конкретному изделию. Нижняя граница температуры предварительного
нагрева должна быть выше температуры размягчения материала. Верхняя
граница определяется так, чтобы сумма времени нагрева и загрузки
материала в форме была меньше продолжительности вязкотекучего состояния
расплава.
Температура прессования должна быть такой, чтобы формование
завершилось за время, не превышающее продолжительности вязкотекучего
состояния материала (при этой температуре). Давление прессования зависит
от текучести пресс-материала, конфигурации детали, ее технологичности.
Время выдержки под давлением при необходимости можно достаточно
точно рассчитать, в том числе с помощью номограмм, учитывающих
геометрические особенности изделия и теплофизические свойства материала.
Оборудование, применяемое для переработки пластических масс
Выбор термопластавтомата зависит от типа изделия:
• для широкой номенклатуры материалов и изделий применяют
червячные литьевые машины с горизонтальной компоновкой механизмов инжек-
ции и замыкания формы;
• для изделий с арматурой используют червячные литьевые машины с
узлом ввода и вывода знака и с вертикальной компоновкой прессовой части.
Марки отечественных термопластавтоматов состоят из двух букв и
четырех цифр: Д обозначает, что машина для неметаллов; В — новое изделие;
первые две цифры — серия машины; две последние цифры — условное
усилие запирания.
Основным технологическим оборудованием для прессования являются
гидравлические прессы. Параметры и размеры базовых прессов
стандартизованы. Каждую марку пресса выпускают по техническим условиям.
78
Особенности обработки изделий из пластических масс
Под обработкой изделий из пластмасс понимают комплекс
технологических операций, в результате выполнения которых изделия,
предварительно изготовленные формованием (прессованием, литьем под давлением и
другими способами), приобретают окончательную форму и внешний вид,
предусмотренные чертежом или технологическими условиями. Обработка
заключается в снятии стружки тем или иным способом на станках для
получения требуемой конфигурации изделия (невыполнимой по каким-либо
причинам при формовании, например, в результате чрезмерной сложности
формующего инструмента) и обеспечении определенной точности размеров
обрабатываемых изделий, которая во многих случаях оказывается более
высокой (второй и третий классы точности), чем при формовании. Обработка
изделий должна быть минимальной.
В процессе зачистки с поверхности изделий удаляют неизбежно
образующиеся при их изготовлении излишки материала (грат, облой).
Зачистка — обязательная технологическая операция, которую можно
совмещать с обработкой. Форма и расположение удаляемых при зачистке
излишков материала зависят от способа формования изделий. При
прессовании грат образуется по контуру детали в местах разъема подвижных
частей пресс-формы, например в виде пленок в отверстиях. При формовании и
литье под давлением на поверхности изделий сохраняются литники.
Особенности механической обработки изделий из пластмассы
обусловлены свойствами пластмасс. Незначительное сопротивление сжатию и срезу
облегчает механическую обработку пластмасс и для этого необходимы
небольшие усилия резания. Низкие теплопроводность и температуры
размягчения, высокая абразивность наполнителей (действующих на рабочие
поверхности инструмента как абразивный материал и ускоряющих износ),
влияние смолы (обволакивающей вследствие размягчения режущую кромку
инструмента, что усложняет процесс трения и ускоряющей износ) — все это
неблагоприятно отражается на энергетических затратах и технико-
экономических показателях технологического процесса.
В режущем инструменте аккумулируется большое количество теплоты,
выделяющейся при обработке (чем выше скорость обработки, тем больше
теплоты), что способствует не только быстрому износу инструментов, но и
быстрому размягчению пластической массы. Все это служит причиной
образования задиров и даже прижогов на обрабатываемых поверхностях
изделия, т. е. термомеханической деструкции (разложение) пластической массы.
В связи с низкой теплопроводностью пластмасс пластическая деформация
при их резании наблюдается только в очень тонких слоях подрезцовой
стороны стружки (процесс образования которой отличен от такового при
обработке металлов) и в наружных слоях обрабатываемой поверхности.
С увеличением износа инструмента возрастает количество пыли в
стружке. При механической обработке пластмассовых изделий необходимо,
79
как правило, применять специальные инструментальные быстрорежущие
стали, твердые сплавы и технические алмазы.
Установлено, что при повышенных требованиях к стойкости
инструмента, качеству обрабатываемой поверхности и точности размеров
изделий из пластмасс целесообразно применять инструмент, режущей частью
которого является алмазная крошка. Использование такого инструмента
для зачистки пластмассовых изделий позволяет исключить вероятность их
повреждения, так как при обработке возникает значительно меньшее
давление резания по сравнению с обработкой стальным и твердосплавным
инструментом. Высокая стойкость этого инструмента обеспечивает
зачистку большого количества пластмассовых изделий (в некоторых случаях
алмазный инструмент затачивают лишь после зачистки 200 000 изделий). К
недостаткам алмазного инструмента при зачистке пластмассовых изделий
относят сравнительно высокую первоначальную стоимость инструмента и
возможность его повреждения вследствие небрежной работы. Угол
заострения режущей части алмаза рекомендуется принимать равным 98 или 85°.
При осторожной работе этот угол может быть доведен до 60°. При
зачистке пластмассовых изделий подача должна быть не более 0,05 мм за один
оборот шпинделя, глубина резания — до 1 мм при скорости резания до
1300 м/мин.
Для обработки пластмассовых изделий применимы любые
металлорежущие станки. С учетом отмеченных ранее особенностей пластмасс
необходимо назначать определенные режимы обработки и геометрии режущего
инструмента.
При удалении литников, особенно больших, хорошие результаты
получают, если используют дисковые фрезы или специальные (откусывающие)
приспособления, которые нагревают и они частично оплавляют отрезаемый
литник. Для зачистки грата в отверстиях с одновременным образованием
фаски целесообразно использовать зенкеры.
У зенкеров угол при вершине равен 90°, передний угол — 0, задний
угол — 5... 10°, фаска на режущей кромке составляет 0,8 мм, число
зубцов 6-18. Зачистку грата с одновременным образованием фаски в
отверстиях диаметром 15...30 мм можно проводить специальным зенкером.
Изготовить такой зенкер несложно. Для этого осколки твердосплавных пластин
измельчают до размеров 2x2x2 мм и меньше. Крошку с помощью
расплавленной меди напаивают на коническую поверхность оправки. Затем
слой меди вытравляют до обнажения твердосплавных частиц.
Для зачистки изделий из пластмасс шлифовальными кругами
рекомендуют следующие скорости резания: при черновой обработке — 25...30 м/с,
при чистовой — 35 м/с. При использовании шлифовальных шкурок для
зачистки изделий из пластмасс скорости шлифования равны: при черновой
обработке — 20...25 м/с; при чистовой — 25...30 м/с; при особо чистой —
30...40 м/с.
80
2.1.6. Производство изделий методом порошковой
металлургии
Важное достоинство порошковой металлургии состоит в том, что
отходы материала сводятся к минимуму. Основными исходными материалами
являются порошки железных, никелевых кобальтовых, молибденовых,
вольфрамовых и других металлов.
Обычно формирование изделий осуществляют холодным прессованием
в закрытых пресс-формах. Горячее формирование изделий происходит при
постоянном или постоянно возрастающем давлении. При ударном горячем
прессовании изделия получаются более плотными, чем при холодном
ударном прессовании с последующим спеканием.
В случаях, когда к деталям предъявляются высокие требования по
плотности, метод ударного горячего прессования (горячая штамповка)
наиболее предпочтителен. Возможности порошковой металлургии для
изготовления деталей с различными свойствами очень широкие. Важно, что при
этом можно получать детали с заданными физико-механическими
свойствами и минимальными припусками или готовые детали.
Развитие порошковой металлургии и микропроцессорной техники
позволило автоматизировать процессы прессования и спекания. Например,
спеченный из порошка распределительный вал двигателя длиной 447 мм и
массой 2,5 кг, позволяет не только экономить 75 % по массе по сравнению с
чугунным литьем, но и повысить износостойкость вала в 7 раз.
Металлокерамические материалы должны обладать следующими
основными свойствами: антифрикционными (сопротивление задирам, прира-
батываемость, способность поглощать абразивные частицы, высокая
износостойкость, способность удерживать граничный смазочный материал в
момент пуска и при повышенных температурах, низкий коэффициент трения);
прочностными (сопротивление пластическим деформациям и усталостному
выкрашиванию, небольшое разупрочнение с повышением температуры);
физическими (высокая теплопроводность, низкий коэффициент теплового
расширения, высокая температура плавления); технологическими (низкие
затраты на изготовление).
Например, бронзографит (85...88 % меди, 8...10 % олова, 3...5 %
графита) можно применять при изготовлении подшипников, в которых
практически отсутствует дополнительный смазочный материал. Различают
антифрикционные металлокерамические материалы на медной и железной основе.
Технологический процесс изготовления металлокерамических изделий
начинается с получения исходного сырья — порошков чистых металлов или
металл осоединений.
Прессование металлических порошков — процесс, в результате
которого из сыпучего порошка получается относительно прочное тело, по форме и
размерам соответствующее готовому изделию (с учетом допусков на усадку
и калибрование). Процесс прессования порошков включает следующие опе-
81
рации: приготовление шихты, дозирование и засыпка шихты в пресс-форму,
прессование.
В состав шихты наряду с материалами, обусловливающими те или иные
конечные свойства изделий, входят и вспомогательные материалы, не
влияющие непосредственно на их свойства, но облегчающие проведение
различных технологических операций. К их числу следует, прежде всего,
отнести вещества, с помощью которых облегчаются операции прессования
(пластификаторы) и перемещения: стеарат цинка, парафин, раствор каучука
в бензине, спирт, олеиновая кислота и некоторые другие. Шихту
приготовляют в смесителях различных типов, шаровых и вибрационных мельницах и
других агрегатах.
Свойства готовых металлокерамических изделий в значительной
степени зависят от плотности спрессованных из порошка брикетов и
распределения плотности по объему. Брикеты прессуют под давлением 2500...4000 Па
для бронзографита и 4000.. .5000 Па для железосульфидного материала.
Спрессованные изделия (полуфабрикаты) обладают известной
механической прочностью, которую, однако, нельзя сравнить с прочностью
металла (например, в отливке).
Для повышения прочности изделия после прессования его подвергают
термообработке (спеканию), основной задачей которой является получение
деталей с определенными физическими и механическими свойствами.
Термин «спекание» достаточно точно характеризует сущность этого процесса.
Если в спрессованном изделии частицы порошка связаны между собой
только механически в результате давления прессования, то в спеченном
изделии сцепление частиц порошка происходит вследствие взаимной
диффузии металлов так плотно, что отдельные частицы порошка как бы перестают
существовать самостоятельно. Спекание бронзографита проводят в течение
2...3 ч при температуре 760...780 °С, а железосульфидированного
материала— 1... 1,5 ч при температуре ИЗО... 1150 °С.
Влияние температуры спекания на свойства спеченных изделий тесно
связано с давлением прессования заготовки. В общем случае плотность
спеченных изделий возрастает с повышением температуры спекания тем
быстрее, чем ниже давление предварительного прессования. После спекания, как
правило, детали подвергают механической обработке и пропитке маслом.
Пропитка маслом, которое в процессе работы поступает по
капиллярам к поверхности трения, позволяет в ряде случаев избежать
необходимости в дополнительном подводе смазочного материала и улучшает
условия работы кинематической пары. Пропитку деталей проводят
машинным или веретенным маслом при температуре ПО...120 °С в течение
0,5... 1 ч с последующим охлаждением в холодном масле. При
качественной пропитке у деталей с пористостью 20...25 % можно получить масло-
впитываемость до 3...4 % массы деталей. Для более полного заполнения
объема открытых пор применяют пропитку изделий в вакууме, а также
пропитку под давлением.
82
Не рекомендуется пропитывать маслом изделия, подвергающиеся
впоследствии обработке резанием, поскольку при обработке масло
выдавливается из пор и загорается. Такие детали пропитывают после обработки.
От сложности формы деталей зависит возможность их прессования в
конечном виде или необходимость проведения после спекания
дополнительной механической обработки, что в значительной степени влияет на
производительность труда и себестоимость продукции.
При проектировании изделий необходимо учитывать, что прессование
является наиболее ответственной операцией во всем процессе металлокера-
мического производства. От его качества зависят свойства готовых изделий.
Поэтому возможность изготовления изделий способом порошковой
металлургии, прежде всего, зависит от технологических возможностей прессования.
При проектировании изделий с рельефным профилем необходимо
определить направление наиболее выгодного прессования, с тем чтобы все
поперечные сечения детали попадали в площадь приложенного давления. Более
однородными по плотности получаются детали, имеющие переменный
профиль в радиальном направлении, но одинаковые размеры по длине. В этом
случае наиболее просты для изготовления детали, имеющие две плоские
параллельные стороны. Изделия цилиндрических форм с переходами,
заплечиками или фланцами прессуют по направлению главной оси.
Длина изделия в направлении прессования должна быть
пропорциональна площади поперечного сечения. Обычно наиболее целесообразно
отношение длины к диаметру 3 : 1 или 4 : 1. В некоторых случаях при
использовании смазочного материала можно получить качественные изделия при
отношении высоты к диаметру даже 8:1.
Способом порошковой металлургии можно изготовлять детали с
большой точностью размеров, однако при этом увеличивается их стоимость. В
связи с этим более точные размеры можно получить калиброванием. При
определении допусков на размеры готовых деталей необходимо учитывать
упругие деформации матрицы пресс-формы, усадку или рост заготовок при
спекании.
Как видно из рассмотренных методов получения заготовок их можно
получать с различной трудоемкостью и себестоимостью. Следует
учитывать, что общая себестоимость детали складывается из себестоимости
заготовки и ее механической обработки. Поэтому процесс изготовления детали
рассматривают комплексно, включая в него и процесс получения заготовки.
В условиях массового и крупносерийного производства экономически
целесообразно получение заготовок, наиболее близко приближающихся по
форме и размерам к готовым деталям. В этом случае себестоимость заготовок
увеличивается, но объем механической обработки значительно сокращается.
В условиях единичного и мелкосерийного производства заготовки
далеки по размерам и форме от готовой детали, т. е. имеют значительные
припуски для механической обработки. Из многих возможных способов
получения заготовки необходимо выбрать экономически целесообразный.
83
■ 2.2. Установка заготовок на станках
2.2.1. Погрешность установки
Погрешность установки заготовок для обработки на
металлообрабатывающих станках является составной частью суммарной погрешности
обработки. Учитывая, что каждая заготовка хотя и находится в пределах
заданных к ней требований, но имеет свои индивидуальные характеристики
(твердость, химический состав, припуск, погрешность формы, размера,
взаимного расположения поверхностей величины микронеровностей и т. д.),
которые вызывают рассеяние погрешностей положений заготовок при
установке их на станке.
Погрешность установки равна сумме погрешностей базирования
закрепления и приспособления. В связи с тем, что эти погрешности носят
случайный характер, подчиняющийся закону распределения случайных
погрешностей, то суммируют их по закону вероятностей:
где ее — погрешность базирования; е3 — погрешность закрепления; епр —
погрешность приспособления.
В единичном и мелкосерийном производстве обработку заготовок ведут
методом пробных проходов и измерений.
Вероятность возникновения погрешности установки обычно учитывают
при обработке заготовок на настроенных на размер инструментах,
применяемых в условиях серийного и массового производства.
Различают следующие основные виды поверхности изделий: рабочие,
базовые, вспомогательные и свободные. Рабочие поверхности обладают
самыми высокими качественными показателями поверхностного слоя (часто
термообработанного). Эти поверхности принимают непосредственное
участие в работе изделия. Базовые поверхности определяют положение изделия
относительно других изделий в механизме. Высокие требования
предъявляются к качеству базовых поверхностей и точности их расположения с
рабочими поверхностями. С помощью вспомогательных поверхностей
определяется положение других изделий, присоединяемых к рассматриваемому
изделию. Требования к качеству их изготовления ниже, чем к рабочим и
базовым поверхностям.
Свободные поверхности — все остальные поверхности, обычно не
сопрягаемые с поверхностями других деталей в процессе работы, они создают
конструктивную форму, обеспечивают жесткость, не требуют высокой
точности и могут оставаться в состоянии поставки исходной заготовки (т. е.
иногда вообще не обрабатываются).
84
2.2.2. Погрешность базирования
ф
з
Е § Рабочие поверхности
Свободные поверхности
Рис. 2.4. Поверхности изделия
Базовые поверхности
обрабатывают первыми, а затем относительно их
обрабатывают остальные поверхности
заготовок. Только по базовым
поверхностям устанавливают заготовки в
приспособления станков при их
обработке (рис. 2.4).
Из теоретической механики
известно, что каждое свободное твердое
тело имеет шесть степеней свободы,
т. е. перемещение относительно трех
перпендикулярных координатных осей
XYZ и вращение вокруг них.
Положение твердого тела относительно
выбранной системы координат
определяется шестью независимыми
величинами (например, шестью координатами), причем, каждая координата лишает
твердое тело одной степени свободы.
Для определения положения изделия необходимо и достаточно иметь
шесть опорных точек, большее их число приведет к неопределенности
базирования и внесет дополнительные погрешности в определение положения
изделия.
Изделие ограничивается реальными поверхностями, поэтому на него
накладываются шесть двусторонних геометрических связей, для создания
которых используется три базы (установочная, направляющая и опорная).
Опорная точка символизирует одну из связей изделия с выбранной
системой координат. Условное изображение опорной точки показано на
рис. 2.5.
Например, для призматической детали (рис. 2.6, а) задание трех
координат, связывающих нижнюю плоскость детали X'O'Z' с координатной
плоскостью XOZ, определяет расстояние трех точек этой плоскости детали, лишая
одновременно деталь трех степеней свободы: возможности перемещаться в
направлении оси Y и вращаться вокруг
осей, параллельных осям X и Z.
Две координаты, определяющие
положение детали (расстояние двух точек
одной из поверхностей детали Y'O'Z'
относительно координатной плоскости
YOZ), одновременно лишает ее
возможности перемещаться в направлениях X и
вращаться вокруг оси У, т. е. лишают
деталь еще двух степеней свободы.
ю
60'
а)
Рис. 2.5. Условное обозначение
опорной точки:
a — вид спереди и сбоку; б — вид сверху
85
Шестая координата определяет
положение детали (расстояние одной
точки из поверхностей X'O'Y' детали
относительно координатной плоскости
XOY), лишая ее одной степени свободы.
Аналогично осуществляется
определение положения цилиндрической
детали, а также детали типа диска
относительно выбранной системы
координат (рис. 2.6, б, в).
В общем случае координатная
система любой детали может занимать
любое положение. Проще ее располагать
или на базовых поверхностях или по
осям симметрии детали.
Базовой называют поверхность или
выполняющее ту же функцию
сочетание поверхностей, ось, точка,
принадлежащая заготовке или изделию и
используемая для базирования. Базы
классифицируют по назначению,
лишаемым степеням свободы и характеру
проявления. Классификация баз
представлена на рис. 2.7.
Группу конструкторских баз
составляют основные и вспомогательные
базы. Необходимость такого
подразделения вытекает из различия роли
основных и вспомогательных баз и при
выборе конструктивных форм
поверхностей деталей, задании их
относительного положения, простановке размеров,
разработке норм точности, разработке и осуществлении технологических
процессов.
Основные базы — поверхности, при помощи которых определяется
положение данной детали в изделии.
Вспомогательные базы — поверхности, при помощи которых
определяется положение присоединяемых деталей относительно данной.
Законы базирования являются общими для всех этапов создания
изделия. Поэтому, независимо от назначения, базы могут различаться лишь по
отнимаемым от базируемой заготовки, детали или сборочной единицы
степеням свободы и по характеру проявления.
Конструкторская база — база, используемая для определения
положения детали или сборочной единицы в изделии.
Y
Л
Ф
"•
1
;
/
оФ
h
fi
\/t
.--s
/
/
У3^
7У\ J'
V VyS'
™м
/
i---.
f (*»v
' (,"Л
/
X
b
^ e)
Рис. 2.6. Схемы двухсторонних
связей:
а — призматическая деталь; б —
цилиндрическая деталь; в — деталь типа диска
По назначению
Конструкторская
Основная
— Вспомогательная
— Технологическая
I— Измерительная
Классификация баз
По лишаемым
степеням
свободы
— Направляющая »-
Опорная
По характеру
проявления
Установочная *п
Двойная направляющая **
— Двойная опорная *~
— Скрытая
Явная
Рис. 2.7. Схема классификации баз
На чертеже конструкторскими базами являются линии и точки, от которых
конструктор задает размеры и взаимное положение других линий,
соответствующим поверхностям детали или ее осям.
При простановке размеров часто исходят из взаимосвязи между
деталями, вытекающей из условий сборки. В таких случаях следует проставлять
размеры от тех поверхностей, которые определяют взаимное расположение
деталей в машине (механизме).
В других случаях проставляют размеры от поверхностей, линий или
точек, играющих важную роль в работе
машины или в процессе выполнения
расчетов. Например, при конструировании
конического зубчатого колеса за базу
принимаются ось вращения колеса и точку А
его конуса (рис. 2.8). От этой базы
откладывается угол при вершине среднего
конуса зубчатого венца колеса, длина его
образующей / и монтажный размер М.
База, используемая для определения
положения заготовки (изделия) в
процессе изготовления или ремонта, называется
технологической базой.
База, лишающая изделие трех
степеней свободы — перемещения вдоль одной РиСф 2.8. Схема конструкторской
координатной оси (Z) и поворотов вокруг базы
87
-fy-4 -(У5 <6
T/ ~2- 3
Установочная база
А/А
2 +
<{4,5
-AJ
<6
т
^
А-Л.
7,3 2
Опорная
^~~база
+ У
Направляющая база
Рис. 2.9. Схема и условное
обозначение комплекта баз
двух других осей (X, Y) называется
установочной базой. На ней размещаются
три опорные точки.
Направляющая база — база,
лишающая изделие двух степеней свободы —
перемещения вдоль одной
координатной оси (7) и поворота вокруг другой
оси (Z).
Опорная база — база, лишающая
изделие одной степени свободы —
перемещения вдоль одной координатной
оси (X) или поворота вокруг оси.
Эти три базы — установочная,
направляющая и опорная — образуют
комплект баз. Схемы и условное обозначение этих баз представлена на рис. 2.9.
Двойная направляющая база лишает заготовку (изделие) четырех
степеней свободы — перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов
вокруг этих осей.
Примером может служить случай, показанный на рис. 2.10, где двойная
направляющая база лишает деталь перемещений вдоль осей Y и Z и
поворотов вокруг них.
Обычно за установочную базу принимают плоскость, имеющую
наибольшие размеры, которые создают устойчивое положение заготовке. За
направляющую базу принимают поверхность, имеющую наибольшую длину. Для
опорной базы размеры поверхности принципиального значения не имеют.
За двойную направляющую базу принимают обычно цилиндрическую
поверхность, длина которой значительно превышает ее диаметр.
Двойная опорная база лишает заготовку (изделие) двух степеней
свободы — перемещений вдоль двух координатных осей (установка изделия
одновременно на отверстие и торец).
По характеру проявления
технологические базы бывают двух типов:
скрытая и явная база.
База заготовки или изделия в виде
воображаемой плоскости, оси или точки
называется скрытой базой.
База заготовки (изделия) в виде
реальной поверхности, разметочной
риски или точки пересечения рисок
называется явной базой (рис. 2.10).
Скрытые базы обычно
используются, когда нет необходимости лишать
заготовку всех шести степеней
свободы. В отдельных случаях скрытые базы
Рис. 2.10. Схемы установки (а) и
базирования (б) изделия по двойной
направляющей базе
Измерительная
' база
У777777777777777777777/
9-
7ЩЩ
<г>-
Измерительная
I база
'ZV77777777Z^W^777777777777777/
Ш
к
Рис. 2.11. Схемы измерений обрабатываемых поверхностей деталей относительно
базовой поверхности А и Б
материализуют, например, ось вала — центровые отверстия или, в условиях
единичного производства, наносят разметочные риски (чернят точки и т. д.),
которые представляют собой следы пересечения скрытых баз.
Если база используется для определения относительного положения
изделия, то ее называют измерительной. На рис. 2.11 показана измерительная
база для оценки параллельности обрабатываемых поверхностей относительно
базовых поверхностей А и Б.
Следует обратить внимание на неукоснительное соблюдение трех
принципов базирования: совмещения (единства) баз, постоянства баз, смены
базы на более точные базы.
Принцип совмещения баз заключается в совмещении технологических,
конструкторских и измерительных баз, принцип постоянства баз — в
использовании одной и той же базы для всех операций в процессе обработки
изделия. Однако в процессе обработки все же приходится осуществлять
смену баз, в этом случае их меняют на более точные.
Под принципом смены баз принимается преднамеренная или случайная
замена одних баз другими с сохранением их принадлежности к
конструкторским, технологическим или измерительным базам. Преднамеренная
смена баз управляема, случайная не управляема.
Необходимость в преднамеренной смене одной или нескольких баз
возникает в случае невозможности обработки всех поверхностей детали с
одного установа или когда приходится обрабатывать изделие на нескольких
технологических системах, что вызывает смену базы.
Случайная смена баз может возникнуть в результате значительной
погрешности геометрических форм или размеров исходной заготовки,
неправильной последовательности приложения зажимных сил и других факторов.
Последствием замены и несовпадения баз является появление
погрешности базирования. Под погрешностью базирования понимают отклонение
89
фактически достигнутого положения заготовки или изделия при
базировании от требуемого. Под требуемым понимают положение изделия, заданное
определенным образом относительно выбранной системы координат.
При базировании с целью получения максимальной точности обработки
следует придавать заготовке такое положение, когда взаимосвязь
координатных систем заготовки и инструмента определяется минимальным числом
звеньев размерных и кинематических цепей.
Любая система баз ведет к появлению дополнительной погрешности
обработки, при проектировании технологического процесса изготовления
детали необходимо стремиться к тому, чтобы, по возможности, все
поверхности детали обработать и измерить от одних и тех же технологических баз,
т. е. обеспечить принцип единства баз.
Ввиду того, что использование различных поверхностей детали в
качестве технологических и измерительных баз равносильно смене баз, следует
в качестве измерительных и технологических баз выбирать одни и те же
поверхности. Лучшим вариантом можно считать полную обработку заготовки
с одного установа.
В большинстве случаев практически невозможно и экономически не
выгодно полностью обрабатывать деталь от одних и тех же технологических
баз, но следует стремиться весь технологический процесс обработки детали
производить с минимальным числом смены баз. Кроме того, все
установочные элементы приспособлений, используемых на различных операциях,
должны располагаться по единой схеме (на одинаковых расстояниях друг от
друга, одинаковых размеров и т. д.).
В качестве черновых (первых) технологических баз следует выбирать
самые точновыполненные поверхности, не подлежащие обработке в
дальнейшем или имеющие наименьшие припуски.
Погрешность базирования возникает при несовмещении измерительной
и технологической баз изделия и равна допуску размера, связывающего
измерительную и технологическую базы, или отклонению формы баз (если они
не входят в допуск на размер).
На рис. 2.12 представлена схема установки заготовки для фрезерования.
Фреза установлена на размер К = const, погрешность базирования £б = О,
£б = Тн. При настройке фрезы на
размер а = const, погрешность базирования
£б =0, £б = TL. Следует всегда
представлять заготовку не в виде номинала,
а с учетом допуска. Например, на вале
фрезеруется лыска (рис. 2.13, а), при
установке вала в призму заданный черте-
Рис. 2.12. Погрешность базирования жом размер Я, будет изменяться за счет
для различных способов задания колебания допуска на диаметр вала Td и
размеров угла призмы, т. е.
90
Ч, =т-т*—(1-sina).
"' 2 sin a
При установке вала в центрах
(рис. 2.13, б) фрезерование лыски по-
Т
грешность базирования £б =—, при
установке вала в тисках (рис. 2.13, в),
когда установочная база совпадет с
измерительной, погрешность
базирования £б = 0, так как колебание
допуска на диаметр заготовки Td в этом
случае не окажет такого влияния как
в предыдущих случаях.
Рассмотрим в качестве примера
некоторые варианты базирования
цилиндрического зубчатого колеса.
Зубчатые колеса с длинной ступицей /' и
узкое колесо 2 в сборочном узле
устанавливаются на вал со шпонкой и
упираются в торец вала (рис. 2.14, а).
В процессе обработки и контроля
зубчатые колеса устанавливаются на
те же базы (рис. 2.14, б и в). Скрытые
базы не удобны для механической
обработки и контроля, поэтому
используются явные базы.
При выборе технологических баз
будем руководствоваться
следующими правилами:
• стремиться выполнять принцип «совмещения баз»
нологическую, измерительную и конструкторскую базы;
• добиваться осуществления принципа «постоянства баз» — по всему
технологическому процессу использовать в качестве баз одни и те же
поверхности;
• стремиться выполнять принцип «смены баз» — в случае
необходимости смены баз использовать наиболее точные базовые поверхности. На
первых операциях необходимо обработать основные базовые поверхности.
Черновую базовую поверхность следует использовать один раз на первой
операции;
• базовые поверхности должны иметь соответствующие размеры,
точность их взаимного расположения, точную установку и жесткость. Следует
учитывать погрешность угла взаимного положения измерительной и
технологической баз;
91
в)
Рис. 2.13. Способы установа заготовок
а — в призму; б
1 — заготовка; 2
- в центры; в — в тиски;
- фреза; 3 —
приспособление
совместить тех-
a)
*. $
I'*
1
2*<H
i
^
^
EZ
Г
ш
7,3 2
e;
Рис. 2.14. Виды баз при обработке цилиндрических зубчатых колес:
а — конструкторская; б — технологическая; в — измерительная; / — со ступицей;
2 — без ступицы
• при механической обработке возникают упругие деформации, поэтому
базовые поверхности следует приближать к обрабатываемой поверхности.
Следует учитывать, что повторный установ изделий на черновые базы
не допустим. При выборе черновых баз у изделий, у которых не все
поверхности обрабатываются, за черновую базу принимают поверхность, не
подвергающуюся обработке. Это обеспечит правильное взаимное положение
обработанных поверхностей относительно необработанных.
Если у детали обрабатываются все поверхности, то для первого устано-
ва за базу целесообразно принять поверхности с наименьшим припуском.
92
Базирующие поверхности должны быть чистыми, ровными (без
литников, прибылей и т. д.) достаточных размеров для обеспечения точности
ориентировки и закрепления заготовок.
При выборе базовых поверхностей наряду с технологическими
требованиями необходимо учитывать требования производственного контроля,
которые соблюдаются при следующем условии:
-^ < 0,2...0,ЗГ,
'б
где е6 — погрешность базирования; /оп — размер (диаметр, длина) отсчет-
ной поверхности; /6 — размер (диаметр, длина) базовой поверхности; Тд —
допуск расположения отсчетной поверхности детали относительно базовой.
При обработке в центрах погрешность базирования равна смещению на
оси центровых гнезд относительно оси заготовки. С достаточной степенью
точности можно определить погрешность зацентровки
8СТц=0,25Гд,
где Гд — допуск на диаметральный размер заготовки.
Часто погрешностью зацентровки у точно обработанных оправок и
погрешностью закрепления в центрах можно пренебречь из-за малых значений.
При установке заготовок на оправку с зазором погрешность базирования
8б.оп = ^min + ^о + ^в'
где Smi„ — минимальный зазор; Т0 — допуск на размер отверстия; Гв —
допуск на размер оправки (вала).
Например, у цилиндрических зубчатых колес-дисков в качестве
основных баз принимают отверстия и торец. Поэтому опорный торец должен
быть выполнен строго перпендикулярно базовому отверстию.
Значение базового отверстия как базы возрастает с его длиной и
уменьшается с уменьшением длины отверстия, соответственно уменьшается или
возрастает роль торца как базы.
Чем больше ширина колеса и длина отверстия, тем меньше влияние
торца при базировании и соответственно оси отверстия, и наоборот (если
ограничение величины биения не связано с другими причинами). При
обработке зубьев цилиндрических зубчатых колес в качестве технологических
баз следует использовать отверстие и базовый торец, а при дальнейшей
обработке отверстия целессообразно за базу принять зубья колес, соблюдая
принципы постоянства и смены баз.
Опорный торец следует располагать как можно ближе к венцу, что
снизит деформации колеса при обработке зубьев (см. рис. 2.14, б). Зубчатые
колеса следует устанавливать в оправке без зазора, чтобы исключить
погрешность базирования.
93
При базировании по чисто обработанным зубчатому венцу или
отверстию влияние радиального биения зубчатого колеса значительно снижается.
Рабочие поверхности зубьев являются хорошей базой для обработки
зубчатых колес, причем в базировании должно участвовать как можно больше
впадин между зубьями.
При установке заготовки в приспособлении необходимо обеспечивать
минимальный и равномерный зазор между базовыми поверхностями
зубчатого колеса и приспособления, но не за счет жестких допусков на отверстие,
а за счет беззазорной установки заготовок в приспособлении.
2.2.3. Погрешность закрепления
Погрешность закрепления е3 — разность между наибольшей и
наименьшей значениями проекций смещения измерительной базы на
направление выполняемого размера, возникающая в результате приложения к
заготовке усилия зажима.
Под действием сил зажима заготовки в приспособлении (в местах
контакта заготовки с опорами приспособления) возникают контактные
деформации неровностей сопрягаемых поверхностей.
При установке заготовки на нескольких (и) опорах приспособления она
закрепляется с силой, приходящейся на одну опору Q, при этом возникает
смещение заготовки на величину у. Экспериментальным путем определены
зависимости величин перемещения от сил закрепления заготовки (рис. 2.15).
Усилия закрепления Qu имеют разброс значений от Qmin до Qmax, что
вызывает разброс значений контактных деформаций (перемещений) в
партии заготовок. Разность перемещений заготовок в партии определяется по
кривой 1 и 2 (точки А и В) и оценивается основной случайной составляющей
погрешности закрепления е30.
По мере износа установочных элементов приспособления площадь их
контакта с заготовкой увеличивается, что обеспечивает уменьшение
контактных деформаций (перемещений), кривая 3 (точка С). При этом разброс
контактных перемещений в партии заготовок
увеличивается на величину
систематической закономерно-изменяющейся
погрешности закрепления е3.из> связанной с
износом установочных элементов
приспособления.
Погрешность закрепления можно
определить по формуле:
Ь-i Ь3_о "■" bom.
"mln U Чпах О
Сипы закрепления
Рис. 2.15. Влияние сил закрепления
заготовки на деформацию заготовки
94
В общем виде формула определения
погрешности закрепления имеет вид
e3 = cosP(e3.o+e3.„3),
где Р — угол между направлениями выдерживаемого размера и максимальной
контактной деформацией (перемещением). Полученные в результате
экспериментальных исследований, эмпирические зависимости учитывают комплекс
факторов, влияющих на величину перемещений заготовок в приспособлении.
При высокой жесткости заготовок и приспособления наибольшие
перемещения при закреплении возникают в месте стыка заготовки и
установочных элементов. Зависимость контактных деформаций (осадка заготовки от
удельного давления) в общем виде выражается формулой
где у — сближение контактирующих поверхностей; Q1— сила,
приходящаяся на одну опору; с — коэффициент, характеризующий вид контакта,
геометрические и физико-механические характеристики поверхностных слоев
заготовки и установочных элементов.
При обработке партии заготовок возникают колебания силы Q (от Qmm
до fimn) и коэффициента С (от С^ до Cmin).
Поле рассеяния перемещений заготовок будет определяться по формуле
v = v - v • =С О" -С ■ О"-
-'п.р -'max -'nun ^maxiimax ^miniimuT
Упругие деформации элементов приспособления можно оценить по
формуле
Ьипах b^min
Уп ='
J
где У — жесткость системы этих элементов приспособления.
Учитывая, что уп.р и уп представляют собой поле рассеяния случайных
величин, погрешность закрепления можно оценить по формуле
e3 = ^(Cmaxemax - Cmingmin )2 + (а°» ygmin)2 cos a.
При постоянной силе закрепления заготовки Q = const и качестве кон-
тактируемых поверхностей С = const, а также смещении заготовки
перпендикулярно выдерживаемому размеру а = 90°, погрешность закрепления может
быть принята равной нулю.
В некоторых случаях усилие закрепления может сместить заготовку
относительно режущего инструмента или деформировать ее. Поэтому при
выборе усилия закрепления нежестких заготовок необходимо учитывать
условия обеспечения заданной точности.
При закреплении заготовок возникают упругие деформации, которые
искажают форму заготовок до начала механической обработки. После из-
95
a) 6) в)
Рис. 2.16. Влияние усилия закрепления на точность обработки:
а — после закрепления; б — после обработки; в — после раскрепления; / — заготовка;
2 — приспособление в виде трехкулачкового патрона токарного станка; 3 — резец
влечения заготовки из приспособления деформированные поверхности
упруго восстанавливаются, что влечет за собой изменение ранее достигнутых
размеров и формы обработанной поверхности (рис. 2.16).
Следует учитывать, что степень деформации заготовки зависит от ее
жесткости, величины усилия закрепления и способа закрепления. Величина
усилия закрепления, в свою очередь, зависит от установленных режимов
резания.
С целью уменьшения погрешности закрепления необходимо стремиться
применять силовые приводы, обеспечивающие постоянство сил
закрепления. К ним относятся гидравлические, пневматические, пневмогидравличе-
ские, пружинные и другие приводы. Установочные элементы
приспособлений должны иметь высокую жесткость и располагаться таким образом,
чтобы исключать внецентровое нагружение.
Контакт базовых поверхностей с опорами должен исключать как
пластическую, так и упругую деформацию заготовок.
Погрешность приспособления является суммарным фактором,
определяющим погрешность положения заготовки, исходя из конструктивной
схемы и точностных характеристик приспособления. Эта погрешность связана
с неточностью изготовления установочных и направляющих элементов, их
износом, погрешностью установки самого приспособления на станке и
величиной вибраций, возникающих в процессе резания.
Суммарную погрешность, связанную с приспособлением, можно
определить по следующей формуле:
епр — £ст "■" един V£43r £изн £у.в "*" \£Деф £виб '
где ест — статическая погрешность; един — динамическая погрешность;
еизг — погрешность изготовления установочных элементов; еизн — по-
96
грешность износа установочных элементов; еув — погрешность установки
и выверки на станке; едеф — погрешность, вызванная деформацией от сил
резания; еви6 — погрешность, вызванная вибрациями от сил резания.
При отсутствии данных для определения погрешности приспособления,
эту погрешность принимают в 5... 10 раз меньшей допуска на
соответствующий размер обрабатываемой заготовки.
В некоторых случаях погрешность приспособления будет равна нулю.
Например, при обработке на плоскошлифовальном станке само
приспособление после установки его на станке может быть прошлифовано и
погрешность его установки будет равна нулю, т. е. в том случае, когда погрешность
приспособления является постоянной систематической погрешностью и ее
можно компенсировать путем настройки или другими способами, тогда
погрешность приспособления можно не учитывать. В процессе анализа
влияния приспособления на точность обработки необходимо учитывать
специфику процесса производства изделия. Например, погрешность изготовления
кондукторов оказывает влияние на точность расстояния между осями
обрабатываемых отверстий и перпендикулярность осей отверстий относительно
опорного торца заготовки. Погрешности в изготовлении делительных и
поворотных устройств могут вызвать погрешности взаимного расположения
обрабатываемых поверхностей.
Погрешности приспособлений токарных, плоскошлифовальных
фрезерных и строгальных станков не будут влиять на погрешности
выдерживаемого размера, но могут вызвать неточность взаимного расположения
обрабатываемых поверхностей.
При назначении допусков на изготовление приспособления Гпр, в любом
случае следует исходить из условия, что допустимая погрешность
расположения установочных элементов приспособления относительно базовых
поверхностей, по которым приспособление устанавливается на станке, должно
быть меньше допуска на обработку соответствующей поверхности
заготовки. Разработки в области проектирования приспособлений с использованием
вычислительной техники позволяют решать вопросы по повышению
точности приспособлений, снижать влияние износа установочных и
направляющих элементов и повышать точность установки заготовок. Следовательно,
при оценке влияния погрешности приспособления необходимо учитывать
конкретные условия обработки изделия.
Работа в условиях ГАП (гибких автоматизированных процессах) и
безлюдной технологии предъявляет жесткие требования к точности установки
детали не станке. Например, при работе на станках с ЧПУ (с числовым
программным управлением) доля погрешности настройки приспособления и
инструмента достигает 60 % общего баланса точности.
Отсчет размеров на станках с ЧПУ осуществляется относительно начала
отсчета координатной системы станка, поэтому помимо выдерживания
точности перемещений необходимо с высокой точностью совмещать базовые
97
поверхности заготовки и начало отсчета координатной системы станка.
Отсюда вытекают повышенные требования к точности изготовления
установочных элементов приспособления и тщательной их выверке относительно
начала отсчета. Одни погрешности при получении размера постоянны по
значению (погрешности измерительного режущего инструмента, настройки
инструмента на размер в пределах одной настройки и т. д.), другие
изменяются закономерно (температурные деформации, износ инструмента и т. д.) и
носят систематический характер. Их называют систематическими.
Часть погрешностей непостоянна по значению (изменение физико-
механических свойств материала, колебания припуска на обработку и т. д.),
они носят вероятностный характер и называются случайными.
Для обеспечения заданной точности применяют различные методы
настройки инструментов на размер обработки. В единичном или
мелкосерийном производстве часто применяют метод пробных проходов, когда после
предварительного прохода на небольшом участке обрабатываемой
поверхности проводят измерение и корректирование настроечного размера, после
чего осуществляют обработку всей поверхности. Если требования к
точности высокие, то таких пробных проходов делается несколько.
В массовом и крупносерийном производстве работа выполняется на
настроенных станках. Настройка станка осуществляется по эталону, по ранее
обработанной детали или на основании предварительных расчетов. При этом после
обработки первых пробных деталей измеряют заданные размеры и корректируют
настройки. Наиболее стабильно обеспечивается точность заданных размеров при
использовании приборов активного контроля, осуществляющих автоматическое
непрерывное корректирование размеров в процессе работы станка.
В условиях ГАП и безлюдной технологии особые требования
предъявляются к надежности технологических систем по параметрам точности. Для
контроля за работой оборудования применяют разнообразную диагностическую
аппаратуру, измеряющую наиболее важные показатели точности оборудования
(износ направляющих, биение шпинделя и т. д.). Такая диагностическая
аппаратура контролируется с помощью ЭВМ и объединена подсистемой
технического диагностирования (ПСТД). Математические модели, отражающие связь
основных показателей точности оборудования, находящихся под контролем
диагностической аппаратуры, позволяют с помощью ЭВМ следить за
состоянием оборудования, управлять заданным размером и в определенной степени
компенсировать погрешность установки заготовки на станке.
■ 2.3. Точность механической обработки
2.3.1. Общие понятия
Точностью обработки называют степень соответствия детали после ее
обработки прототипу, заданному чертежом. Термин «погрешность» исполь-
98
зуют для количественной оценки точности, так как погрешность — разность
между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением.
Любая деталь обладает реальными поверхностями. Реальная
поверхность — поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая ее от
окружающей среды. Чертеж детали представляет собой номинальную
поверхность детали с нанесенными на них допусками. Номинальной поверхностью
называют идеальную поверхность, номинальная форма которой задана
чертежом или другой технической документацией.
Допуском Т является разность между наибольшим и наименьшим
предельными размерами или разность между верхним и нижним отклонением.
Класс, степень и квалитет (точности) являются терминами синонимами.
Использование термина «квалитет» вместо «класс» позволило сразу
разъяснить о какой системе допусков и посадок идет речь.
Квалитет — совокупность допусков, рассматриваемых как
соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров.
Стандартом предусматрено 19 квалитетов (0,1; 0; 1; 2; 3...17).
Допуск по квалитету обозначается IT (International Tolerace —
международный допуск). Просто допуск без отнесения к системе обозначается
буквой Т. Номер квалитета, например, IT5, означает допуск по 5-му квалитету.
Значение допусков получается умножением единицы допуска / на
определенное, постоянное для данного квалитета число К, т. е. IT = Ki. Например,
для 5-го квалитета значение допуска будет 7/, для 6-го квалитета — 10/, для
7-го квалитета — 16/, но для квалитетов 0,1; 0; 1 допуски определяются по
специальным формулам. Для одного интервала размеров используют
одинаковые допуски на валы и отверстия.
Обычно поле допуска располагается «в тело», т. е. для вала от номинала
в минус, а для отверстия в плюс.
Целесообразно предусматривать размеры не с двухсторонними (01^ X
а с односторонними отклонениями (0-0'2). Предпочтительнее применять
систему отверстия, а не систему вала, так как с технологической точки
зрения изготовление отверстия часто значительно сложнее, чем вала.
В понятие точность входят:
• точность размеров (отклонение размеров от номинальных);
• точность формы (овальность, конусность, прямолинейность);
• точность взаимного расположения поверхностей (параллельность,
перпендикулярность, концентричность);
• качество поверхностного слоя.
Самые жесткие требования обычно предъявляются точности взаимного
расположения поверхностей и формы, а более низкие — к точности размера.
В зависимости от соотношения между допуском на отклонение размера
и формы установлены уровни относительной геометрической точности (в
случае, когда допуск формы составляет 60 % от допуска размера —
нормальная, 40 % — повышенная, 25 % — высокая точность).
99
Точность можно оценивать как
достижимую и экономически достижимую.
Достижимая точность —
точность, которая может быть достигнута
при обработке в особых, наиболее
благоприятных условиях, не считаясь с
себестоимостью обработки (может
использоваться в единичном производстве).
Экономическая точность —
точность, которая при минимальной
себестоимости обработки достигается в
нормальных производственных
условиях. В справочной литературе
приводятся нормы экономической точности и в дальнейшем только она и будет нами
рассматриваться.
На погрешность измеряемого размера оказывает влияние значение
параметра шероховатости поверхности детали. Если поверхность детали после
обработки имеет большее значение параметра шероховатости, чем допуск,
то возникает неопределенность измеряемых значений измерения размера
детали происходит по вершинам гребешков микронеровностей, как
показано на рис. 2.17.
Соотношение показателей точности и значения параметра
шероховатости приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Рис. 2.17. Измерение диаметра
шероховатостей поверхности:
Д — по вершине гребешков; D2 — по
впадине гребешков
Метод обработки
Токарная обработка:
черновое обтачивание
получистовое обтачивание
чистовое обтачивание
тонкое обтачивание
обтачивание алмазными резцами
Протягивание отверстий:
черновое
чистовое
Шлифование отверстий:
предварительное
чистовое
тонкое
Квалитет
точности
IT14
IT13-IT11
ГТ10-ГТ8
IT8-IT7
IT6-IT5
IT11-IT10
IT9-IT6
IT9-IT8
IT7-IT6
IT5
Параметр
шероховатости Ra, мкм
50...6,3
25...1,6
6,3...0,4
1,6...0,2
0,04...0,016
12,5...0,8
6,3...0,2
6,3...0,4
3,2...0,2
1,6...0,1
При оценке допуска формы изделия Гф следует учитывать, что он
должен составлять менее 25 % от допуска на размер, и величина параметра
шероховатости устанавливается в зависимости от уровня точности обработки
(Ла<(0,05...0,15)Гф).
100
Отклонение от
цилиндричности
I
Отклонение от
прямолинейности
образующей
Отклонение от
прямолинейности
оси в
пространстве
Отклонение от
профиля продольного
Выпуклость -L Вогнутость
Конусо- | |
обрезность
Свдлообрезность
Отклонение
от
круглости
Бочко-
образность
Овельность
ш
Огранке
Рис. 2.18. Виды отклонения формы цилиндрических поверхностей
Отклонение формы характеризуется отклонением от прямолинейности,
круглости, цилиндричности и отклонением от продольного сечения (рис. 2.18).
Термины с «не» употреблять не следует, т. е. «некруглость» и т. д., следует
использовать термин «отклонение» (см. табл. 2.6).
Таблица 2.6
Вид отклонения формы
Отклонение от плоскости
Отклонение от прямолинейности
Отклонение от цилиндричности
Отклонение от круглости
Отклонение профиля продольного сечения
Знак допуска
□ □
о
Согласно ГОСТ на чертежах требования к точности формы указывают
вместе с условным знаком, относящимся к допуску (вместе с числовым
значением допуска).
Условные обозначения вида отклонения формы даны в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Вид отклонения формы
Знак допуска
Отклонение от перпендикулярности
Отклонение от параллельности
Отклонение от пересечения осей
Отклонение от симметричности
Отклонение наклона
Отклонение соосности
Позиционное отклонение
±
X
101
К основным факторам, оказывающим влияние на точность
механической обработки заготовок, относятся:
• неточность и износ оборудования (станка);
• погрешность установки заготовки на станке;
• упругие деформации технологической системы;
• температурные деформации технологической системы;
• остаточные внутренние напряжения;
• неточность изготовления, установки и износ инструмента.
Взаимосвязь указанных факторов и различная степень их влияния при
разных методах обработки определяет точность механической обработки
заготовок.
Рассмотрим последовательно влияние перечисленных факторов на
точность обработки изделий.
2.3.2. Погрешности, вызванные неточностью изготовления и
износом металлообрабатывающего оборудования
Станки в зависимости от вида обработки разделены на 10 групп. Каждая
группа в свою очередь разделена на десять типов (подгрупп) станков
разного назначения, компановки, степени автоматизации и т. д. Обозначаются
они от 0 до 9. Установлено пять классов точности станков, обозначаемых
буквами: Н — нормальной точности, П — повышенной точности, В —
высокой точности, А — сверхвысокой точности, С — особо высокой точности.
Все станки изготовляют с определенной точностью, регламентированной
ГОСТами.
Для обеспечения стабильных точностных показателей процесса
обработки заготовок недостаточно количественного определения факторов,
влияющих на точность обработки, необходим анализ источников
возникновения погрешностей. Различные станки обеспечивают разную точность
механической обработки (приблизительные значения отклонений
геометрической формы при обработке заготовок на металлообрабатывающих станках
представлены в табл. 2.8). Неточность станка копирует обрабатываемая
заготовка. Например, если у токарного станка задний центр смещен
относительно оси вращения, то на заготовке будет получен конус, обращенный к
передней бабке, если задний центр станка выше или ниже оси вращения,
форма получаемой поверхности будет напоминать гиперболу с вершиной у
переднего центра. Поэтому для каждого класса станков установлены
предельные допустимые отклонения на биение шпинделя, прямолинейность
перемещения стола, торцевое биение и т. д.
Кинематическая неточность станка вызывает в основном погрешность
формы обрабатываемых поверхностей, что особенно сильно сказывается
при обработке фасонных поверхностей. Износ рабочих элементов станка так
же оказывает влияние на повышение погрешности обработки, особенно на
102
настроенных на размер оборудования, работающего в условиях массового и
крупносерийного производства.
Таблица 2.8
Станки
Продольно-строгальные
Токарные
(общего назначения)
Продольно-фрезерные
Фрезерные консольные
Круглошлифовальные
Вид отклонения формы
От плоскости
От округлости
(овальность)
От продольного сечения
(конусообразность)
От плоскости
От параллельности
От плоскости и
параллельности верхней и
обработанной поверхностей
основанию
От округлости
(овальность при обработке в
центрах)
При черновой
обработке
0,05
0,03
0,08
0,08
0,05
0,10
0,010
При чистовой
обработке
0,03
0,02
0,05
0,05
0,03
0,06
0,006
Повысить точность станков можно, в частности, за счет следующих
мероприятий:
• повышения точности шпиндельных узлов, их жесткости (уменьшения
расстояния между опорами), применения более точных подшипников
качения и повышения точности посадочных мест, применения гидростатических
подшипников;
• повышения точности (равномерности) перемещений кареток и
суппортов по направляющим, уменьшения зазоров в подвижных соединениях,
применения антифрикционных материалов, направляющих качения с
предварительным натягом и гидростатических направляющих;
• повышения статической и динамической жесткости корпусных деталей;
• снижения влияния температурных деформаций узлов, деталей станка и
обрабатываемой заготовки;
• введения систем цифровой индикации, обеспечивающих точность
отчета перемещений режущего инструмента;
• применения резцедержателей и инструментов, настраиваемых вне
станка и т. д.
Геометрические погрешности металлорежущего оборудования
оценивают исходя из их влияния на точность взаимного расположения режущего
инструмента и обрабатываемой заготовки. Геометрические погрешности
станков состоят из погрешностей базовых поверхностей, вращения
шпинделей и линейных перемещений рабочих органов. В узле станка (вследствие
погрешностей изготовления) ось вращающейся детали совершает движения,
которые можно разложить на радиальное, осевое и угловое. Совокупность
103
радиального и углового перемещений образуют радиальное биение, а
осевого и углового перемещений — торцевое биение. Общая погрешность
шпинделя обычно значительно меньше суммы погрешностей отдельных деталей
шпиндельного узла, что объясняется взаимной компенсацией отдельных
погрешностей в соответствии со статистическими законами распределения
размеров.
Повышение точности станков является важной и сложной задачей. В
настоящее время к станкам высокой точности относятся станки с точностью
обработки 3 мкм на 300 мм, но требования к точности обработки возрастают
и в настоящее время составляют 1 мкм. Для решения этой задачи
необходимо применение точных измерительных систем, в том числе лазерных,
создание математических моделей описывающих зависимости между
параметрами процесса обработки и точностью детали, для станков с ЧПУ решения
задач по определению трехмерных пространственных ошибок, точности
позиционирования, распределения температурных полей и др. Комплексность
решения поставленных задач возможна путем применения систем активного
контроля и управления точностью обработки заготовок с помощью ЭВМ.
2.3.3. Погрешности, вызванные упругими деформациями
технологической системы
Технологическая система состоит из станка, приспособления,
инструмента и заготовки. Силы резания вызывают упругие отжатая (деформации)
технологической системы, величина которых зависит от силы резания и
жесткости технологической системы. Колебание сил резания и жесткости
элементов технологической системы в различных сечениях приводят к
появлению погрешностей (формы, размеров) на обрабатываемых деталях.
Погрешности, возникающие под влиянием упругих деформаций,
составляют до 80 % всех погрешностей. Следовательно, точность
обрабатываемых деталей зависит от жесткости элементов технологической системы
(с увеличением жесткости повышается точность и производительность
обработки). Особенно велика роль жесткости у станков, на которых
совмещены черновая и чистовая обработки деталей. Вибрация станков существенно
зависит от их жесткости.
Жесткость станков рассматривается как точность под нагрузкой.
Необходимость в оценке жесткости станков вызвана тем, что их общая
жесткость меняется за время эксплуатации. На новых станках, в период
приработки деталей, жесткость может даже повышаться в связи с улучшением
контакта между деталями. Затем в процессе эксплуатации происходит
снижение жесткости. При ремонте станков стараются восстановить их
первоначальную жесткость, однако обычно этого достигнуть не удается, так как
точность изготовления и сборки при ремонте ниже, чем на
станкостроительном предприятии, кроме того, ремонту подвергаются не все узлы и
детали станков.
104
Станок
щ о
5 s
1- в;
£ (о
5 <и
о
Приспособление
Заготовка
Входные данные
обрабатываемой заготовки
Жесткость
Точность
Материал
Твердость
Структура
Температура
Размеры и форма
технологической базы
Размеры заготовки
Точность установки
—^
Инструмент
Упругая
технологическая система
Готовая деталь
Размер, форма,
взаимное расположение
поверхностей, качество
поверхностного слоя
Выходные данные
готовой детали
Рис. 2.19. Схема упругой технологической системы
Большой вклад в исследование различных факторов на жесткость
станков внесли российские ученые: Б. С. Балакшин, Н. А. Бородачев, К. В.
Вотанов, А. И. Каширин, В. М. Кован, Д. Н. Решетов, А. П. Соколовский и
другие. Ими создано обоснованное учение о точности механической обработки.
В настоящее время этой проблемой занимаются многие ведущие ученые,
проблемные технологические лаборатории и другие научные организации в
нашей стране и за рубежом.
В процессе обработки станок, приспособление, инструмент и сама
обрабатываемая заготовка представляют собой замкнутую упругую
технологическую систему (рис. 2.19).
Технологическая система упруго деформируется под действием сил
резания и других факторов. Упругие деформации возникают при деформации
детали, приспособлений, инструмента, при выборе зазоров в стыках
соединений и т. д. Следствием упругих деформаций технологической системы
является рассеяние размеров в обрабатываемой партии заготовок. Упругие
деформации зависят от жесткости отдельных частей станка, т. е. способно-
105
сти его узлов и обрабатываемой заготовки оказывать сопротивление
действующим в процессе обработки силам резания.
Большое количество факторов, оказывающих влияние на жесткость
технологической системы, не позволяет на современном уровне знаний
определить ее расчетным путем с достаточной степенью точности. Поэтому до
настоящего времени метод определения жесткости технологической
системы носит эмпирический характер. Экспериментальные исследования,
проводимые по оценке жесткости станков и их отдельных элементов,
осуществляются на стадиях проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта.
Рассмотрим два метода экспериментального определения жесткости
станков или их узлов: статический и производственный.
Статический метод определения жесткости основан на нагружении
технологической системы при неработающем станке. Нагрузочные
устройства имитируют одну или несколько сил резания. Для этого необходимо
определить соотношение составляющих сил резания Ру : Р2 : Рх для заданных
условий обработки, правильно выбрать величину и направление
прикладываемой нагрузки.
Статическим методом невозможно оценить влияние различных
факторов, возникающих при работе станка, что сказывается на результатах оценки
жесткости.
Простота методики оценки жесткости статическим методом позволяет
проводить оценку жесткости отдельных узлов станка, определяя его слабые
места в процессе изготовления, в периоды эксплуатации и ремонта станка.
Производственный метод определения жесткости станков основан на
нагружении технологической системы на работающем станке при точении
асимметричных или ступенчатых заготовок. Имитация сил резания не
требуется, так как оценка ведется на работающем станке. Имитируя только
погрешность заготовки, оценивают значение погрешности, полученной уже на
обработанной детали.
Наиболее простым методом оценки жесткости технологической
системы является статический метод. Однако на неработающем станке не
учитываются температурные факторы, толчки и вибрации, которые увеличивают
деформацию технологической системы. Поэтому более точные значения
жесткости обеспечивает производственный метод.
Жесткость станков, установленных статическим методом, обычно в
1,2-1,4 раза больше чем жесткость станков, установленных производственным
методом, а для станков с малой жесткостью это значение увеличивается до
двух раз. Несмотря на это, производственный метод не может полностью
заменить статический метод определения жесткости технологической системы, в
частности, для контроля новых станков и отдельных узлов станка и особенно
при их изготовлении или ремонте. Рассмотрим оценку жесткости
технологической системы двумя методами: статическим и производственным.
Измерения жесткости статическим методом заключаются в
последовательном нагружении технологической системы дискретными силами и регистраци-
106
ей возникающих при этом отжатий.
Степень влияния отдельных факторов
на общую деформацию
технологической системы зависит от множества
причин и связана с конструктивными и
индивидуальными особенностями всех
ее составляющих. Нормирование
предельных отжатий позволяет
объективно оценить общий уровень состояния
станков, а также судить о их
технических возможностях, необходимости
ремонта или замены конкретного станка.
Силы резания вызывают упругие
отжатия технологической системы, а
при оценке жесткости статическим
методом необходимо выбрать величину и
направление прикладываемой
нагрузки. Систему сил, действующих в
процессе обработки заготовок на токарном
станке, можно привести к одной силе,
называемой результирующей,
равнодействующей или эквивалентной силой резания Рр (рис. 2.20). Точка
приложения этой силы находится на рабочей части главной режущей кромки
режущего инструмента. Обычно при расчетах необходимо знать значение не
самой равнодействующей силы, а значение ее соответствующих Ру, Pz, Px.
Эти силы взаимно перпендикулярны, поэтому значение и направление
равнодействующей силы определяется как диагональ параллелепипеда, т. е.:
/>р=^2+/>/+/?.
Сила Ру — радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно к
оси заготовки. По значению силы Ру обычно определяют силу отжима резца
от заготовки и прогиб заготовок, прочность и жесткость отдельных
элементов и всей технологической системы.
Сила Pz — вертикальная составляющая силы резания. Действует в
плоскости резания в направлении главного движения и определяет нагрузку на
станок, резец и крутящий момент, по которому проводят расчет зубчатых
колес и валов коробки скоростей станка. По значению силы Pz обычно
проводят расчеты жесткости резца и мощности резания.
Сила Рх — осевая составляющая сила подачи, действующая вдоль оси
заготовки параллельно направлению подачи, определяет нагрузку
механизма подачи станка. По значению силы Рх обычно проводят расчет звеньев
механизма подачи станка, а также изгибающий момент, действующий на
стержень резца.
Рис. 2.20. Схема обработки заготовки
на токарном станке:
1 — обработанная поверхность; 2 —
поверхность резания; 3 — обрабатываемая
поверхность; / — глубина резания; Ds —
движение подачи; Д. — главное движение
резания; Р„ Ру, Р, — составляющие силы
резания; Рр— равнодействующая
(эквивалентная) сила резания
107
Результирующая сила Рр и ее составляющие изменяются в процессе
обработки партии заготовок и даже одной заготовки, вследствие
непостоянства глубины резания (припуска), механических свойств материала, износа
инструмента и т. д.
Для различных условий обработки соотношение между силами Ру, Pz, Px
меняется. Например, при увеличении главного угла в плане ф и уменьшении
переднего угла у отношение PyIPz уменьшается, а отношение PJPZ
увеличивается. Обычно сила Pz по значению больше даже суммы двух других
составляющих. Например, при точении конструкционных сталей Ру = (0,4...0,5)PZ,
PX = (0,3...0,4)PZ.
Иногда проводят измерения статической жесткости технологической
системы при приложении равнодействующей двум составляющим силам Ру и Pz. В
этом случае усилие прикладывается (динамометром) не в осевом направлении,
а под тем же углом, что и равнодействующая сила. Однако значительные
усложнения, вводимые при этом в конструкции приспособлений и методику
оценки жесткости, не всегда оправдываются получаемыми результатами.
Вертикальная составляющая усилия резания опускает вершину резца и
поднимает вверх центр заготовки, что незначительно отражается на ее
обрабатываемом диаметре, поэтому часто возникающей при этом погрешностью
можно пренебречь. Аналогично и осевая составляющая не оказывает
существенного влияния на изменение диаметра обрабатываемой заготовки.
Радиальная составляющая отжимает резец назад, отжимает центр, что
существенно сказывается на изменении диаметра обрабатываемого изделия.
Учитывая, что фактически только радиальная составляющая оказывает
существенное влияние на точность обработки, в дальнейшем отжатие узлов
станка в статике будем рассматривать только при приложении радиальной
нагрузки. При оценке величины Ру следует учитывать и допустимое
затупление режущего инструмента (износ). При увеличении площади износа
резца по задней поверхности до 0,7.. .0,8 мм сила Ру возрастает почти в 2 раза.
Экспериментальное определение жесткости технологической системы
следует проводить с применением усилий, близких к эксплуатационным.
Оценку жесткости технологической системы проводят для конкретных
условий обработки. В других случаях необходимо оценить технологические
возможности станка для обработки определенной партии деталей или
оценить значение отжатая для конкретных условий обработки.
Составляющие для оценки силы Ру определяют исходя из фактических
условий резания. Кроме того, как указывалось ранее, следует учитывать, что
износ по задней поверхности резца вызывает увеличение силы Ру на
величину АРу, пропорциональную ширине и площади износа, которую можно
определить по формуле
где кт — коэффициент пропорциональности; h3 — значение площадки
износа (выбирается максимально допустимая для данных условий обработки).
108
J
+У
10
Рис. 2.21. Принципиальная схема измерения упругих деформаций
технологической системы:
1,9 — индикаторы; 2 — суппорт; 3 — гайка; 4,5 — динамометр с
индикатором; б — заготовка; 7 — патрон; 8 — шпиндельный узел; 10 — станина
Измерение упругих деформаций отдельных сборочных единиц
технологической системы осуществляют по схеме, показанной на рис. 2.21. На то-
карно-винторезном станке закрепляется заготовка 6 в трехкулачковом
патроне 7. Динамометр 4 с индикатором 5, показывающим значение
прикладываемой нагрузки, закрепляется в резцедержателе суппорта. Упругие
деформации резца в направлении действия усилия Ру при обточке вала
настолько малы, что ими можно пренебречь.
При обработке глубоких отверстий резцы на консольно закрепленной
расточной скалке являются наиболее слабыми звеньями технологической
системы и их жесткость учитывается. В данном же случае резец считается
абсолютно жестким. Заготовка выполняется в виде эксцентрика или
жесткого ступенчатого вала. Нагружение и разгружение технологической системы
осуществляется за счет поворота гайки 3 (заворачивая или отворачивая ее,
нагружают или разгружают систему). Значения нагрузки и разгрузки
фиксируется индикатором 5, показатели которого переводятся по тарировочному
графику. Изменение отжатия суппорта 2 с резцедержателем фиксирует
индикатор 1. Изменение суммарных отжатий заготовки 6, патрона 7 и
шпиндельного узла 8 фиксирует индикатор 9. Стойки индикаторов 1 и 9
устанавливают на станине станка 10.
С помощью нагрузочно-разгрузочной характеристики упругих отжатий
определяют жесткость оборудования. Способ измерения жесткости
заключается в нагружении системы дискретными силами, регистрации отжатий в
109
Р, Нм
У, м~
Рис. 2.22. Диаграмма «нагрузка —
упругое перемещение» за один цикл
нагружения и разгружения одной
сборочной единицы (суппорта)
технологической системы
технологической системе станка и
построении на основе полученных
данных нагрузочно-разгрузочной кривой
жесткости.
Основными факторами,
отражающими кривую жесткости
технологической системы станка, являются
деформации деталей технологической
системы станка, контактные деформации в
стыках.
На рис. 2.22 видно, что ветви,
нагрузочная и разгрузочная, не
совпадают: площадь, образованная между
горизонталью и нагрузочной ветвью,
соответствует работе, которая затрачена
на отжатие узла, а площадь между
горизонталью и разгрузочной ветвью —
работе, которая возвращена суппортом
при разгрузке. Таким образом, петля гистерезиса, образованная нагрузочной
и разгрузочной ветвями говорит о том, какая работа затрачена на
внутреннее трение в стыках данного узла.
При повторных многократных нагружениях и разгружениях петля
гистерезиса становится мало заметной (рис. 2.23). Площадь, являющаяся мерой
рассеивания энергии за один цикл нагружения и разгружения, становится
значительно меньше.
Вид нагрузочной и разгрузочной характеристик носит нелинейный
характер, т. е. жесткость в исследуемом диапазоне упругих деформаций не
постоянна.
При обтачивании заготовок на
конус, в случае, когда глубина резания
уменьшается, расчет жесткости следует
проводить по разгрузочной ветви. В
большинстве же случаев наблюдается
первоначальное нагружение и в
дальнейшем незначительное изменение
нагрузки, связанное с изменением
припуска, износом резца, неравномерной
твердостью заготовки и т. д. Сила резания
(вызываемая в нашем случае
динамометром) и смещение детали, которое она
вызвала, принято считать
положительными величинами, а
противодействующую силу и вызываемые ею смещения
(суппорта) — отрицательными. За нача-
110
Отжатие
У, м'
Рис. 2.23. Диаграмма «нагрузка —
упругое перемещение» при
неоднократном нагружении и разгружении
одной сборочной единицы
(суппорта) технологической системы
+Ум
-3
ло отсчета принимают проекцию
вершины режущей кромки ненагруженного
«резца» на плоскость,
перпендикулярную оси «обрабатываемой» заготовки.
На рис. 2.24 видно, что упругие
перемещения состоят из двух ветвей —
положительных (ОАВ) и отрицательных
(ОДК) отжатий элементов
технологической системы.
При обработке заготовки точением
появляются три составляющие усилия
резания, под влиянием которых
происходит отжатие вершины резца от
обрабатываемой заготовки. При статическом
методе оценки жесткости
прикладывается одна составляющая сила Ру и
фиксируется значение отжатая лезвия
инструмента у относительно заготовки. На
основании полученных данных строится диаграмма «нагрузка
перемещение» (рис. 2.24).
Жесткость упругой системы jy, кН/м, определяется отношением
составляющей усилия резания, направленной по нормали к обрабатываемой
поверхности Ру, к смещению лезвия инструмента у относительно заготовки,
отсчитываемому в том же направлении:
-р, н ■'
Рис. 2.24. Диаграмма «нагрузка —
упругое перемещение» при
измерении жесткости технологической
системы
упругое
А
у
У
Упругие перемещения различных узлов станка Уп,б (передней бабки)
Усуп (суппорта) обычно выражаются криволинейной зависимостью У =f(Py),
т. е. жесткость для каждого момента нагружения различна. Истинная
жесткость в большинстве случаев не подчиняется прямолинейному закону,
поэтому более точные данные о жесткости можно получить, если рассмотреть
отношение приращения силы резания АРУ к приращению отжатая Ау, т. е.
истинную жесткость для любой точки или момента нагружения j можно
определить по следующей формуле:
АР
Ay
Для упрощения расчетов можно использовать среднюю жесткость,
используя в расчете среднее значение силы, возникающей в процессе обработки.
Средняя жесткостьУср характеризуется прямой ОА или углом о^Дсм. рис. 2.24):
Ул
ОС
ш
Для любой точки на данной кривой нагружения истинная жесткость
определяется из уравнения
J = l™JcP = lim„— = tea-
lim
Ау->о Ay
В расчетах чаще используют не жесткость, а податливость,
определяемую для статических условий как отжатие, вызываемое силой, равной
единице, т. е. величину, обратную жесткости. Податливостью технологической
системы W, м/кН, называют способность ее упругого деформирования под
действием внешних сил:
W
У
J
Суммарная податливость технологической системы определяется как
сумма податливости ее элементов:
Л
— + —.
Ji h
Оценка жесткости на работающем станке позволяет приблизиться к
реальным условиям нагружения технологической системы станка и вьывить
большое число факторов, оказывающих влияние на точность обработки.
Измерение жесткости оборудования производственным методом
заключается в том, что при снятии неравномерного припуска с заготовки сила резания
является переменной, а следовательно,
изменяется и значение упругой
деформации технологической системы, что
оказывает влияние на точность формы
обрабатываемой поверхности
(происходит копирование исходной
погрешности). Влияние исходной погрешности
на точность обработки можно
устранить частично или полностью за счет
увеличения числа проходов, т. е.
увеличения общего припуска на обработку.
Для определения жесткости
технологической системы производственным
методом используют заготовку,
имеющую неправильную форму, например,
ступенчатый вал или эксцентрик. При
обточке эксцентриковой заготовки
глубина резания в процессе обработки
изменяется от наибольшей ti до
наименьшей t\ (рис. 2.25). Погрешность
Рис. 2.25. Производственный метод
определения жесткости токарного
станка:
a — до обработки; б — после обработки
112
заготовки, мм, определяется по формуле
Лиг ~~ h~t\-
Заготовка, которую используют для испытания жесткости
технологической системы, выбирают весьма жесткой, а режимы обработки
постоянными. Разная глубина резания, вызванная эксцентриситетом е, создает
разницу в значениях отжатий технологической системы. Чем больше погрешность
заготовки Азаг, тем очевидно, больше и усилие, вызывающее отжатие
заготовки. Чем выше жесткость, тем меньше отжатие, т. е. меньше копируется
погрешность заготовки. Коэффициент уточнения е называют отношение
погрешности заготовки к погрешности детали, которое показывает во сколько
раз в результате обработки уменьшилась неточность заготовки:
где Адет — погрешность обработанной детали.
Так как закрепленные заготовки обтачиваются эксцентрично, то
производственный метод иногда называют методом эксцентричного обтачивания,
ступенчатого резания или копирования исходной погрешности.
Величину, обратную коэффициенту уточнения, называют
коэффициентом уменьшения погрешностей:
"заг
Через коэффициент уточнения е проводят расчет необходимого числа
технологических переходов (проходов) i. Значения уточнения каждого
перехода или прохода определяют расчетными и экспериментальными
исследованиями. Число технологических переходов или проходов подсчитывают
исходя из зависимости е, =е,е2...еи, чем оборудование жестче и точнее,
тем больше значение уточнения и тем меньше требуется технологических
переходов для обеспечения заданной точности обрабатываемой поверхности.
Жесткость технологической системы производственным методом
определяют по формуле
j = CPSyFye,
У
Ур
где СР — постоянный коэффициент; S у — подача.
у
По результатам экспериментальных исследований и расчетов проводят
анализ и на его основе делают окончательные выводы.
В соответствии со стандартом установлены общие требования к
условиям испытаний, методам и средствам измерения жесткости станков.
Проверка станка на жесткость входит в состав государственных приемочных испы-
113
таний. Программа испытаний устанавливается техническими условиями на
данную модель станка.
Статическую жесткость можно оценить в случаях, когда упругое
перемещение измеряется в направлении действия силы или в плоскости
образования размера, т. е. плоскости наибольшего влияния на точность обработки.
Кроме того, можно оценить жесткость системы в целом или отдельных ее
элементов: обрабатываемой заготовки, стыков и контактов, отдельных
узлов. Жесткость технологической системы в целом jc, Н/мм, например,
токарного станка, можно оценить по формуле
1
1
Л J,
суп
1
+ —
4
1
• + ■
1
\Jn.6 Jз.6 J
где j — жесткость суппорта; jn6 — жесткость передней бабки; j36 —
жесткость задней бабки.
Таким образом, жесткость технологической системы практически
сводится к жесткости станка и заготовки.
В зависимости от места приложения силы жесткость у или податливость
1// технологической системы будет меняться. Например, при приложении
нагрузки у передней бабки податливость задней бабки не будет оказывать
значительного влияния и формула расчета будет иметь следующий вид:
J_
Уст
1 1
./суп Уп.б
И, наоборот, при приложении усилий ближе к задней бабке токарного
станка податливость передней бабки не будет оказывать значительного
влияния и формула расчета примет вид
J_
Уст
1 1
./суп Уз.б
Обычно при теоретическом рассмотрении жесткости отдельных
элементов технологической системы остальные ее элементы считаются абсолютно
( D Л
жесткими, например, при оценке смещения суппорта
Уу
суп
J,
перед-
суп j
ней
Уп.б
р ^
У
Jn.6
или задней
Уз.б
Р Л
У
Л.б)
бабки токарного станка жесткость
обрабатываемого вала и резца принимают как абсолютно жесткие элементы
системы. Жесткость инструмента за счет специальных приспособлений
часто можно значительно повысить и не учитывать в расчетах. В тоже время
жесткость заготовки, а в большинстве случаев ее неравножесткость может
оказать значительное влияние на точность обработки и в этом случае далеко
114
Y1
1
й
i
i _
_+__;
^H
/A
+
" ~a) '
6)
[_ + j
^
Рис. 2.26. Схема изменения отжатия
при обработке нежесткой заготовки
вала (а) и форма детали (б),
полученная после обработки
не всегда есть готовые решения. При
обработке длинного нежесткого вала в
центрах, в результате упругих отжатий
его форма будет иметь отклонение от
цилиндрической формы (рис. 2.26).
Применение подвижного люнета
позволит значительно снизить погрешность
обработки.
Значительно более сложные задачи
возникают при обработке неравножест-
ких заготовок. Например, при
протягивании базового отверстия зубчатых
колес форма его в определенной степени
имитирует внешнюю конфигурацию
заготовки (рис. 2.27). Причем рассеяние
значений величины погрешности формы близко к нормальному закону
распределения (закону Гаусса).
Учитывая, что в процессе обработки заготовка прижимается к опорам
приспособления венцом, то его и так высокая жесткость повышается, а
ступица имеет значительно меньшую жесткость, что сказывается на точность
обработки. Решение этой задачи возможно, например, путем разработки
более совершенного инструмента или технологической оснастки.
Таким образом, равножесткости заготовки следует уделять особое
внимание. В то же время основное влияние на жесткость технологической
системы оказывает жесткость станка. Для оценки статической жесткости станка
часто бывает достаточно определить жесткость
наиболее податливого его звена. Например, у
внутришлифовальных станков наиболее
податливым звеном обычно является шлифовальный
шпиндель.
Для вертикально-сверлильных станков нормой
жесткости являются допуски перпендикулярности
оси нагружения шпинделя к рабочей поверхности
стола перпендикулярно плоскости симметрии
стола станка (рис. 2.28). Отклонение от
перпендикулярности оси нагружения шпинделя к поверхности
стола станка 7 определяется как разность
показаний двух измерительных приборов 2,
установленных на равном расстоянии L от оси шпинделя
станка 3. Схема испытания на жесткость
расточных бабок агрегатных станков представлена на
рис. 2.29. На этих станках проводят оценку осевой
(рис. 2.29, а) и радиальной жесткости шпинделя
(рис. 2.29, б). При определенной осевой жесткости
Рис. 2.27. Влияние нерав-
ножесткости заготовки на
точность обработки:
/ — исходная форма
отверстия заготовки; 2 — форма
отверстия заготовки после
протягивания
115
4--
Г'
3&\
Т
Ы
II
£Г
j
Рис. 2.28. Схема испытания на
жесткость
вертикально-сверлильного станка:
/ — стол станка; 2 — измерительные
приборы; 3 — ось шпинделя станка
а)
б)
Рис. 2.29. Схема испытания на жесткость
расточных бабок агрегатных станков:
a — оценка осевой жесткости; б — оценка
радиальной жесткости шпинделя; / — передний
торец шпинделя; 2 — измерительный прибор
нагрузка Р прикладывается к переднему торцу шпинделя 7, а изменения
фиксируются измерительным прибором 2.
Оценку радиальной жесткости шпинделя проводят путем приложения
нагрузки в радиальном направлении к оси шпинделя. Измерительный
прибор располагается с противоположной стороны от прикладываемой
нагрузки. Жесткость фрезерных консольных станков оценивают перемещением
стола станка, горизонтально-протяжных станков — перемещением
основных узлов, токарно-карусельных станков — перемещением планшайбы и
оправки, закрепленной в резцедержателе верхнего суппорта.
При оценке возможных погрешностей обработки можно
воспользоваться таблицами, имеющимися в ГОСТах на все типы станков, в которых
указаны наибольшие допускаемые перемещения и установлены возможные при
этом погрешности размеров и формы поверхностей заготовок. Но следует
учитывать, что эти данные относятся только к новому металлорежущему
оборудованию.
Основными путями повышения жесткости металлорежущих станков
является применение коробчатых станин вместо тумбовых, обеспечение
оптимальных зазоров в подвижных соединениях и надежности
фиксирующих механизмов (задних бабок, резцедержателей, шпиндельных
бабок и др.), уменьшение количества соединений между элементами.
Учитывая, что элементы станка имеют не одинаковую жесткость,
необходимо выявлять элементы с наименьшей жесткостью и повышать ее до
оптимальных значений.
116
2.3.4. Погрешности, вызванные температурными
деформациями
Влияние температурных деформаций на погрешность обработки
значительно и составляет 40...70 % суммарной погрешности изготовления
изделия. Один из методов повышения точности обработки состоит в
уменьшении влияния температурных деформаций за счет уменьшения и
распределения тепловых потоков, компенсации температурных деформаций за счет
управления процессом резания. Для малогабаритных станков допустимая
погрешность от его холодного состояния до сбалансированного
установившегося температурного режима составляет 0,05 мм. Зависимость температуры
Грабочих элементов станка от времени его работы t показана на рис. 2.30.
Примерно после 15 минут работы станка его температурный режим
будет сбалансирован и значительного влияния на точность обработки уже не
окажет. Но даже и в первоначальный период работы станка за счет системы
регулирования можно компенсировать погрешность, связанную с
изменением температуры элементов станка.
В процессе резания 3/4 всей теплоты резания удаляется со стружкой, а
1/4 этой теплоты оказывает влияние на технологическую систему. Условия
обработки оказывают существенное влияние на интенсивность тепловых
изменений, возникающих в заготовках (рис. 2.31). В резец при обычном
точении переходит до 10 % теплоты, а при скоростном менее 1 %, при этом
длина его режущего лезвия может увеличиваться до 50 мкм. Нагрев
инструмента зависит от глубины, подачи, скорости резания, свойств
обрабатываемого материала, конструктивных особенностей инструмента, условий и
состава СОЖ и других факторов.
Удлинение резца после начала обработки заготовки происходит
интенсивно, затем наступает тепловое равновесие, когда количество
теплоты, получаемой и отдаваемой резцом в окружающую среду сравниваются
и дальнейшего его нагрева и деформации не происходит. В отличие от
станка у резца время резания одной детали обычно меньше времени
теплового равновесия, а следовательно, меньше и деформации резца. Кроме
т,Ъ
t, мин
Рис. 2.30. Зависимость
температуры элементов станка от времени
его работы
Т°С*
Рис. 2.31. Изменение температуры
заготовки в процессе черновой (7)
и чистовой (2) обработки
117
того, во время замены заготовок или
работы других инструментов резец
остывает. Температурные
деформации инструмента вызывают
систематические погрешности обработки
(погрешность формы).
На рис. 2.32 представлена
зависимость температурной деформации
резца £д от времени резания t, когда время
резания одной заготовки tpi чередуется
с временем его охлаждения t0XJI. Для
партии деталей, кроме первой, эти
колебания температуры резца будут
стабильными.
Нагрев заготовки вызывает ее
деформацию, а следовательно, и погрешность формы и размеров. Особое
влияние на точность обработки оказывают температурные деформации на
заготовки малых размеров, тонкостенные и неравномерно охлаждаемые.
Большое значение для снижения влияния температурных деформаций
оказывает СОЖ. Однако необходимо создавать условия проникновения СОЖ
непосредственно в зону обработки, что позволяет значительно повысить ее
эффективность.
Рис. 2.32. Температурные
деформации резца:
/ — при прерывистом резании; 2 — при
непрерывном резании
2.3.5. Погрешности, вызванные остаточными
напряжениями
Различают остаточные (внутренние) напряжения первого, второго и
третьего родов.
Остаточные напряжения первого рода уравновешены в пределах
больших объемов материала, соизмеримых с размерами обрабатываемой
заготовки или большей ее части.
Остаточные напряжения второго рода уравновешены в
микроскопических объемах, соизмеримых с зернами и кристаллами металла.
Остаточные напряжения третьего рода уравновешены в
субмикроскопических объемах одного зерна (нескольких ячеек кристаллической
решетки) металла.
В технологии машиностроения наибольшее внимание уделяется
напряжениям, уравновешивающимся в больших объемах материала, как наиболее
существенно влияющих на погрешность в процессе обработки.
Исследование микроскопических и ультрамикроскопических напряжений относится к
области физики и рассматриваться не будет.
Причины, порождающие остаточные напряжения первого рода, бывают
конструкционные и технологические. Первые обусловлены процессами,
118
V/,
a)
2%
©ПИь^
б)
Л&®
<> i
Рис. 2.33. Образование
остаточных напряжений в
стальном диске при остывании в
результате неравномерного
изменения объема металла
происходящими в конструкции; вторые
образуются в детали в процессе ее изготовления.
Технологические напряжения возникают в
результате неоднородных объемных
изменений вследствие:
неоднородного (неравномерного) нагрева
или охлаждения;
фазовых или структурных превращений
металла и происходящих в нем
диффузионных процессов;
пластической деформации при наклепе.
Знание характера распределения, а также
качественная и количественная
характеристики остаточных напряжений весьма важны
для повышения качества деталей и
правильного построения технологических процессов
их изготовления.
Рассмотрим в качестве примера влияние первой из перечисленных причин
(изменения объема при охлаждении) на образование остаточных напряжений в
стальном диске, нагретом до 700...800°С (рис. 2.33, а). Сначала остывает
наружный слой, который при температуре ниже 500 °С, стремясь сократиться в
диаметре, сжимает еще горячую и пластичную сердцевину. В результате чего
наружные слои упруго растянуты, а внутренние сжаты (рис. 2.33, б).
Последующее охлаждение диска связано сначала с возрастанием
разности температур между сердцевиной и наружным слоем, а затем с ее
уменьшением. При этом напряжения соответственно увеличиваются, а затем
уменьшаются по значению. При дальнейшем охлаждении сердцевина
стягивает наружный, остывающий слой, создавая в нем напряжения сжатия.
Эпюра напряжений в остывшем диске показана на рис. 2.33, в.
В зависимости от применяемого технологического процесса различают
остаточные напряжения: литейные; ковочные; термические; сварочные; от
наклепа, возникающие при холодной прокатке; волочении, холодной
штамповке, чеканке и других методах пластического деформирования; резания;
электролитических покрытий детали и т. д.
Литейные напряжения имеют большое влияние на точность обработки
заготовок из отливок. Они возникают из-за того, что температура толстых и
тонких частей отливки получается неодинаковой при переходе из области
пластических в область упругих деформаций. Для отливок из серого чугуна
область этого перехода лежит в диапазоне температур 620.. .400 °С.
Если подвергнуть литую заготовку механической обработке, то
равновесие остаточных напряжений из-за снятия поверхностных слоев металла
нарушится и заготовка деформируется. Эта деформация происходит не
мгновенно, а в течение довольно продолжительного промежутка времени.
Деформации маложестких деталей часто получаются значительными.
119
Снятие или уменьшение остаточных напряжений в отливках достигают
естественным, искусственным старением и некоторыми методами
механического воздействия.
Естественное старение — длительное вылеживание заготовки на
воздухе (до 6... 12 месяцев).
Искусственное старение целесообразно для снятия остаточных
напряжений в мелких и средних отливках. Оно заключается в медленном нагреве
(60. ..150 °С/ч) заготовок до 500. ..600 °С, выдержке их при этой
температуре в течение 1...6 ч (в зависимости от размеров заготовок) и последующем
медленном охлаждении с печью до 150.. .200 °С.
Затем охлаждение можно осуществлять ускоренно — на открытом
воздухе. Для снятия остаточных напряжений в поковках и штамповках
применяют отжиг.
Сварочные напряжения, возникающие в деталях и узлах в результате
неравномерного нагрева и остывания металла в процессе сварки, можно
устранить путем их последующего высокотемпературного отпуска
(600...650 °С). Однако после этого они не возвращаются к исходной форме,
а напротив могут получить новые деформации, которые часто превышают
имевшиеся до отпуска.
Напряжения от наклепа, возникающие при холодной обработке металла
методом пластической деформации, а также при обтачивании заготовок из
проката с неравномерным съемом припуска, можно устранить путем отжига
заготовок.
Остаточные напряжения, возникающие при механической обработке, в
основном зависят от режимов обработки.
Остаточные напряжения при холодной правке у гладких и ступенчатых
валов возникают вследствие пластического изгиба в процессе правки
заготовок. При снятии нагрузки заготовка частично восстанавливает имевшуюся
ранее искривленность. Поэтому прогиб при правке должен быть несколько
больше стрелы изогнутости.
2.3.6. Погрешности, вызванные неточностью
изготовления, установки и износом инструмента
Точность изготовления инструмента регламентирована
государственными стандартами. При работе мерным и профильным инструментом,
который копирует свои размеры на обрабатываемой заготовке, решающее
значение отводится точности изготовления инструмента. В большинстве случаев
наладка инструмента оказывает существенное влияние на точность
получаемых размеров.
Наладкой называют подготовку оборудования и оснастки к выполнению
технологической операции, подналадкой — дополнительную регулировку
для восстановления достигнутых при наладке значений заданных
параметров. Основными методами размерной наладки и подналадки являются:
120
• обработка пробными проходами и измерениями;
• обработка пробных партий заготовок;
• наладка на размер инструментов непосредственно на станке (по
шаблонам, эталонам и специальным приспособлением);
• наладка инструмента на размер вне станка (предварительная наладка);
• автоматическая наладка и подналадка положения режущего
инструмента на станке с помощью специальных устройств.
При анализе точности обработки следует учитывать каким методом
обеспечивается точность обработки: методом пробных проходов и
измерений (единичного получения размеров), методом автоматического получения
размеров на настроенном станке, методом автоматической подналадкой.
Метод единичного получения размеров применяют на универсальных
станках в мелкосерийном и единичном производствах. В этом случае
заданная точность обработки обеспечивается путем постепенного приближения
фактических размеров к заданным, корректируя положение инструмента
после пробного снятия стружки.
В условиях массового и крупносерийного производства инструмент
настраивается один раз для обработки партии заготовок (метод получения
размеров на настроенных станках). Обработка с автоматической
подналадкой обычно осуществляется на финишных станках.
При обработке пробными проходами и измерениями припуск с заготовг
ки снимается в несколько проходов, измерение проводят в начале и в конце
каждого прохода для внесения поправки в положение резца. При такой
обработке можно достигнуть высокой точности и качества даже при
нежестком оборудовании.
В условиях серийного и массового производства обработка
осуществляется на настроенных на размер инструментах. Наладка проводится таким
образом, чтобы центр рассеяния размеров был расположен в той части
установочного поля допуска, которая обеспечивала бы использование всего поля
допуска, т. е. компенсировала размерный износ инструмента. Для этого
рассчитывают наладочный размер и при каждой смене инструмента вносится
постоянная погрешность установки инструмента, значения которой
приведены в табл. 2.29.
Таблица 2.29
Способ установки инструмента
Установка резца по эталону
Установка резца по жесткому упору
Установка резца по индикаторному упору
Установка неперетачиваемой пластины
Погрешность установки инструмента
при его смене, мкм
5...70
10...50
10...20
20...25
На рис. 2.34 показана принципиальная схема наладки осевого
инструмента на станке. Наладочный размер LH создается за счет установки вылета
121
инструмента на станке:
1 — центрирующие призмы; 2 —
контрольный стержень; 3 — контрольный
упор; 4 — гайки
инструмента от торца шпиндельной головки станка. Такая наладка не
обеспечивает высокой точности и ее применяют для инструмента, работающего
на проход.
Наладка на размер непосредственно на станке может производится по
эталонам и шаблонам, что обеспечивает быструю первичную установку
инструмента. При необходимости более точной установки используют
специальные приспособления, по которым (например, с помощью индикатора для
оценки положения эталона) проводится предварительная настройка
приспособления по шаблону (рис. 2.35), а затем с помощью индикатора 2 и
подвижного пальца 3, установленных на приспособлении 1, осуществляют
наладку червячной фрезы 4 на заданный размер.
Широкое распространение получили инструменты с механическим
креплением неперетачиваемых пластин, их поворот обеспечивается с
точностью 0,01...0,025 мм в зависимости от способа крепления пластин.
На рис. 2.36 показан пример наладки на заданный размер L„ вне станка,
который проводится с помощью специальных приспособлений. Чтобы
обеспечить взаимозаменяемость резцов, в торец резца 1 ввертывается
компенсационный винт со сферической головкой 3, который закрепляется контргайкой 2. За
счет компенсационного винта достигается заданный наладочный размер.
Количество подналадок и, которое
требуется провести за период стойкости
режущего инструмента, определяется
отношением общей стойкости
инструмента по его режущей способности Т0 к
размерной стойкости Гр, т. е.
Рис. 2.36. Схема наладки резцов на
заданный размер LK вне станка:
1 — резец; 2 — контргайка; 3 — сфери- При каждой смене или регулировке
ческая головка режущего инструмента невозможно обес-
122
Рис. 2.35. Схема наладки червячной
фрезы на глубину резания:
1 — приспособление; 2 — подвижный
палец; 3 — индикаторный прибор; 4 —
червячная фреза
печить его установку так, чтобы он занимал совершенно одинаковое и
постоянное положение на станке.
Рассмотрим различные методы наладки станков. Установка режущего
инструмента производится последовательным приближением к заданному
настроечному размеру в результате обработки на станке пробных заготовок,
размеры которых проверяются универсальными измерительными
инструментами или измерительными калибрами. По данным проверки пробных
заготовок (деталей) определяют значение и направление необходимого
перемещения инструмента.
При настройке по пробным деталям о точности настройки судят по
результатам измерений обработанных деталей.
Наличие погрешностей измерения пробных заготовок или детали и
погрешности регулирования положения инструмента приводят к тому, что
центр группирования кривой распределения для каждой партии деталей
смещается относительно настроечного размера.
Практически можно принять погрешность настройки равной 2а или
0,1Т (где Т — допуск на выполняемый размер, а — среднее квадратическое
отклонение).
При настройке станка по пробным деталям с применением жестких
калибров (с числом деталей меньше 5) этот метод не дает надежных
результатов (табл. 2.10). При настройке станка этим методом можно убедиться в том,
что проверяемые детали находятся в пределах допуска, но нет уверенности в
том, что центр группирования измеренных деталей совпадает с центром
группирования размеров заготовок (деталей), обработанных данным методом.
Таблица 2.10
Цена деления
лимба, мм
0,01
0,05
Погрешность установки
инструмента, мкм
5...10
15...30
Погрешность
обрабатываемого диаметра, мкм
10...20
30...60
Погрешность настройки по жестким предельным калибрам складывается
из погрешности регулирования положения режущего инструмента и
погрешности метода расчета настроечного размера.
Установку режущего инструмента по эталону с использованием щупа
обычно применяют при наладке фрезерных и токарных станков (погрешность
установки по щупу можно ориентировочно оценить в пределах 15...45 мкм).
Обычно режущий инструмент устанавливается в заданное положение по
эталону в нерабочем (статическом) состоянии станка или вне станка. К этому методу
настройки можно отнести также метод статической настройки, так как
установка инструмента на размер производится при неработающем станке.
Если эталон имеет вид валика (для токарных работ), то по отношению к
поперечному размеру при установлении заданной величины следует брать
половину допуска на его диаметр.
123
Установка по жесткому упору не обеспечивает высокой точности. По
жесткому упору погрешность установки составляет 10... 15 мк.
Погрешность установки по индикаторным упорам составляет 10.. .20 мк.
При настройке по эталону установка режущего инструмента
осуществляется по направлению, которое является наиболее важным для обеспечения
заданного размера. Погрешность установки резца по высоте не оказывает
значительного влияния на диаметральный размер, если он достаточно велик.
При обтачивании заготовок (деталей) малых размеров (менее 5 мм),
погрешность установки резца по высоте оказывает большое влияние на
точность диаметральных размеров.
Метод получения размеров на настроенных станках предусматривает
получение размеров ^ и /2 независимо от квалификации рабочего (рис. 2.37).
Требуемая точность размеров достигается при установке заготовки 1 в
приспособлении 2 (тисках) на столе шлифовального станка 3. Заготовка
базируется относительно неподвижных частей приспособления. С помощью
горизонтального и вертикального перемещения стола заготовка устанавливается
по отношению к шлифовальному кругу 4 на размеры 1| и /,. Правильность
настройки проверяют методом пробных ходов, затем обрабатывают партию
заготовок.
Настройка станков на размер может осуществляться статическим
методом, по пробным заготовкам с помощью универсального измерительного
инструмента, по заготовкам с помощью рабочего калибра и с учетом
переменных систематических погрешностей.
При статической настройке станка эталон или калибр устанавливают
вместо заготовки, а инструмент подводят до соприкосновения с их
поверхностью и закрепляют. При этом не учитываются упругие деформации
технологической системы, что вызывает необходимость вводить поправки, но и
в этом случае точность обработки будет
невысокой. Положительными факторами
данного метода является простота
многорезцовой наладки, удобство при настройке
вне станка, что является основой для
многоцелевых станков и станков с ЧПУ. Метод
настройки станка по пробным заготовкам с
помощью универсального измерительного
инструмента более точная, чем настройка
по заготовкам с помощью рабочего
калибра, так как измерительный инструмент
позволяет обеспечить совмещение середины
поля рассеяния с серединой поля допуска
размера заготовки. Калибр не позволяет
определить какому участку поля рассеяния
соответствует пробная заготовка и,
следовательно, качество наладки будет низким.
Л
хп
•:_... 4
У
Г
z\
Рис. 2.37. Схема настройки
станка на размер:
1 — заготовка; 2 — приспособление
(тиски); 3 — стол станка; 4 —
шлифовальный круг
124
Метод настройки станка с учетом
переменных систематических
погрешностей является наиболее сложным, но
и самым точным. Он учитывает
влияние износа инструмента
(систематической закономерноизменяющейся
погрешности). Этим методом определяют
наиболее рациональный настроечный
размер, для чего строят точечные
диаграммы, по которым можно не только
установить поле рассеяния размеров, а
следовательно, и наладочный размер,
но и момент времени, когда необходимо провести подналадку, т. е.
восстановить заданное положение инструмента относительно заготовки.
Интенсивность размерного износа режущего инструмента зависит от
материала, условий механического изнашивания режущей части
инструмента, режимов резания и геометрии инструмента и других факторов.
Механическим изнашиванием материала называют разрушение его
поверхностного слоя в результате силового воздействия со стороны
движущейся относительно его внешней среды.
Для обеспечения требуемой точности при чистовой обработке
наибольшее значение имеет размерный износ инструмента (в направлении
перпендикулярном обрабатываемой поверхности).
Новый инструмент (или после переточки) в первоначальный момент
времени, т. е. в период приработки имеет интенсивный износ. Затем он
изнашивается с меньшей интенсивностью и при длительной работе наступает
катастрофический износ. Однако обычно замену инструмента проводят до
наступления этапа катастрофического износа, так как критерием его
затупления являются технологические факторы (точность и качество
обрабатываемых поверхностей). Влияние времени обработки t на износ инструмента
и представлено на рис. 2.38.
Следует учитывать, что режущий инструмент подвергается износу по
известному закону, однако допустимое для данной операции значение
износа (ug) может быть задано заранее исходя из технологических требований
(точности или качества поверхностного слоя), что значительно снижает
суммарную стойкость инструмента. При определенном износе режущих
кромок инструмента проводится восстановление его режущих свойств
сменой режущих кромок (на неперетачиваемых пластинах) или путем
переточки. В некоторых случаях возможно восстановление заданных
технологических характеристик путем нескольких подналадок инструмента за период
его стойкости между переточками (l{, h, ..., /„).
На значение и форму износа режущей части инструмента оказывают
влияние материал инструмента, заготовки, снимаемый припуск, вибрации,
температура, СОЖ, режимы резания и множество других факторов.
о
Период
катастрофического
износа
Период стойкости
инструмента
Период приработки
Период нормального износа
Период заданного износа.
L.
О
t или L
Рис. 2.38. Зависимость износа
инструмента и от времени его работы /
или пути резания L
125
X7X7X7
a)
б)
a)
Рис. 2.39. Износ режущего инструмента:
а — при точении хрупких металлов; б — при
чистовом точении конструкционных сталей;
в — при точении труднообрабатываемых
материалов
Влияние материала
обрабатываемой заготовки на форму износа
режущей части инструмента
представлено на рис. 2.39.
Смазочно-охлаждающая
жидкость оказывает существенное
влияние на износостойкость режущего
инструмента и качество
обрабатываемых поверхностей и особенно
при создании оптимальных условий ее подачи в зону обработки (рис. 2.40).
Размерный износ режущего инструмента является систематической
погрешностью и непосредственно сказывается на размере обрабатываемой
детали. Размерный износ за определенный промежуток времени определяют
по формуле
иа
: Д£р + АУ.
Здесь АК — изменение положения режущей кромки в результате
износа; АУ— изменение положения режущей кромки, вызванное отжатием
инструмента в результате увеличения сил резания по мере возрастания износа
АУ=(0,1...0,2)АК.
Интенсивность размерного износа оценивается удельным износом £/уд
на 1000 м путем резания:
1000£/
"„=■
р.и
/„
где U — размерный износ на участке установившегося слоя; 1у — длина
пути резания на участке установившегося износа.
Удельный размерный износ на 1000 м пути резания, например, для резцов
с пластинами Т15К6 при обработке углеродистой стали составляет 5...7 мкм, а
Смазывающего
действия
СОЖ
Охлаждающего
действия
Уменьшение
работы сил
трения
Уменьшение
износа
инструмента
Уменьшение
сил
резания
Повышение
качества
обработки
Рис. 2.40. Влияние СОЖ при резании металлов
126
о, мм
Ус, Н/мм
Рис. 2.41. Влияние жесткости
технологической системы на износ
резца
Рис. 2.42. Оценки сечения
стружки при обтачивании вала
при обработке легированной стали 9... 10 мкм. Удельный износ инструмента
зависит от обрабатываемого материала, режимов резания, материала и
геометрии режущей части инструмента и его конструкции, метода обработки и др.
Значительное влияние на износ инструмента (и) оказывают силы
резания и жесткость технологической системы (jc). Влияние жесткости
технологической системы на износ резца представлено на рис. 2.41.
Обычно при оценке сил резания, оказывающих существенное влияние
на стойкость инструмента, используют такие параметры, как подача S,
глубина резания t и углы в плане (р. Следует учитывать, что углы в плане
режущих инструментов различны в каждом конкретно рассмотренном случае.
Сечение стружки (рис. 2.42), т. е. ее толщина а и ширина в часто являются
более объективными показателями процесса, причем определить
необходимую подачу и глубину резания можно путем простого расчета по формулам:
а = S sin (p; Ъ -■
sincp
Оценить размеры сечения стружки при обработке конструкционных
углеродистых сталей можно по табл. 2.11.
Таблица 2.11
Метод обработки
Токарная (автоматная)
Сверление
Зенкерование
Развертывание
Протягивание
Скорость резания, м/мин
30...55
20...50
20...70
4...10
4...6
Сечение стружки а х Ъ, мм
0,07...0,3х0,5...3,0
0,07...0,17 х 2,0...10,0
0,05...0,4 х 1,5...3,0
0,015...0,3 х 0,5...2,0
0,015...0,03х0,2...3,0
127
При чистовой обработке заготовок из серого чугуна и легированной
стали наименьший относительный износ наблюдается в зоне средних
скоростей резания v = 100...200 м/мин. В зоне больших и малых скоростей
резания относительный износ возрастает.
С увеличением подачи от 0,1 до 0,3 мм или глубине резания от 0,3 до
1,5 мм при обработке проходными резцами заготовок из стали и чугуна
относительный их износ увеличивается на 20.. .50 %.
С увеличением заднего угла от 8 до 15° в зоне высоких скоростей
наблюдается рост относительного износа режущих кромок резца на 30 %.
Начальный износ при прохождении резцом в металле пути до 3000 мм
составляет 5... 15 мкм.
При чистовом резании наибольшее влияние на относительный износ
инструмента оказывает скорость резания, в меньшей степени — подача и
глубина резания.
Влияние величины износа у разных инструментов проявляется не
одинаково, соответственно и их заточку проводят с учетом специфики
технологических условий обработки заготовок и конструкции инструмента.
Например, при износе внутренних протяжек их заточку проводят равномерно по
передней грани, при износе наружных протяжек — по задней грани.
Неравномерный износ или съем металла при заточке может вывести из строя
внутреннюю протяжку. Восстановление режущих свойств наружных
протяжек осуществляется значительно проще.
Учет технологических и конструктивных особенностей и возможностей
методов обработки, а также их постоянное совершенствование позволяет
достигать все более высоких точностных показателей. В табл. 2.12
представлены примеры усредненных значений технологических возможностей
различных методов обработки.
Таблица 2.12
Метод обработки
Черновое точение и растачивание
Получистовое точение
Чистовое точение и растачивание
Тонкое точение и растачивание
Черновое фрезерование
Чистовое фрезерование
Сверление
Протягивание отверстия
Зенкерование
Черновое развертывание
Чистовое развертывание
Чистовое шлифование
Тонкое шлифование
Достигаемый при данном методе
квалитет точности
IT11-IT13
IT12-IT14
IT8-IT10
IT5-IT8
IT12-IT14
IT8-IT12
IT9-IT13
IT6-IT10
IT8-IT13
IT8-IT9
IT5-IT7
IT6-IT7
IT5-IT6
128
Окончание табл. 2.12
Метод обработки
Хонингование
Суперфиниширование
Притирка
Доводка
Достигаемый при данном методе
квалитет точности
IT4-IT5
IT4-IT5
IT4-IT5
IT3-IT4
2.3.7. Методы исследования точности обработки изделий
Статистический метод исследования точности изделий
При анализе технологических процессов часто применяют математико-
статистические методы исследования точности обрабатываемых изделий.
Источником информации являются массовые статистические наблюдения,
систематизация которых позволяет выявлять закономерности,
скрывающиеся за массой фактов. Статистический метод исследования точности
позволяет оценить точность обработки на любом оборудовании путем измерения
партии обрабатываемых на нем заготовок. Некоторые погрешности
обработки будут систематически повторяться на каждой детали в партии, а
другие погрешности носят случайный характер. Отсюда и название этих
погрешностей. Систематическая погрешность — погрешность, которая
остается постоянной или закономерно изменяется в процессе обработки. Значение
случайной погрешности заранее определить невозможно.
В случаях, когда дело касается массовых явлений, относящихся к
случайным событиям или случайным величинам, необходимо использовать
правила, установленные в теории вероятности.
Основной числовой характеристикой случайного события является
вероятность его появления. Случайные величины встречаются в основном
двух типов:
• дискретные, которые могут принимать отдельные изолированные
(целые) значения;
• непрерывные, которые могут принимать в установленном интервале
промежуточные значения; этих значений наблюдается бесконечное
множество (отклонение размера от номинала в партии изделий).
Под влиянием множества различных факторов (продолжительных и
кратковременных, систематических и случайных) возникает множество
значений изучаемых параметров.
По закону распределения вероятностей каждому значению случайной
величины ставится в соответствие определенное значение вероятности или
плотности вероятностей. Если такое правило известно, то известен и сам
закон распределения вероятностей. В зависимости от характера случайной
величины законы распределения вероятностей бывают дискретные и непре-
129
рывные. Если закон распределения вероятностей дискретный, то каждому
значению случайной величины соответствует определенное значение
вероятности, при этом сумма вероятностей всех значений случайной величины
равна единице.
Для непрерывного закона распределения вероятностей нельзя говорить
о вероятности принятия случайной величиной какого-либо конкретного
значения. Если закон распределения вероятностей непрерывный, то можно
определить вероятность того, что случайная величина окажется в заданном
интервале, а каждому конкретному значению случайной величины
соответствует определенное значение плотности вероятности.
Измеряя поверхности изделий после их обработки, например, диаметр
вала, полученного после обработки на токарном станке, его размеры можно
разделить на несколько групп. Размеры изделий в партии будут колебаться в
определенном диапазоне от Dmax до Dmin. Получить подряд партию
абсолютно одинаковых по размеру изделий при обработке их на станке практически
невозможно из-за разнородности свойств и колебания размеров заготовок,
состояния оборудования, технологической оснастки и множества других
факторов.
В партии обработанных изделий, разделенных на группы, можно
обнаружить, что число размеров в каждой группе различно. Если построить
график, в котором по горизонтали расположить номера групп с
последовательно возрастающими размерами установленного интервала, а по вертикали
число деталей, попавших в каждую группу и характеризующих частоту
повторения размеров, то получим гистограмму (рис. 2.43) или полигон
вариационного ряда выборки (рис. 2.44), которые выражают закон распределения
размеров обрабатываемых изделий в данной партии.
Распределениями называют частотные диаграммы. Если они выполнены
в виде столбчатой диаграммы, то их называют гистограммой, если в виде
ломаной линии — полигоном.
I
Интервал
X
Рис. 2.43. Гистограмма
вариационного ряда выборки
ттервап
Рис. 2.44. Полигон вариационного
ряда выборки
130
Сумма достаточно большого числа независимых случайных величин,
подчиняющихся любому закону распределения, приближенно описывается
нормальным распределением, причем, тем точнее, чем больше количество
случайных величин суммируется.
С увеличением числа наблюдений и уменьшением интервалов полигон
(ломаная линия) превращается в плавную кривую распределения.
Распределение характеризует особенности рассеяния измеренных значений по
интервалам шкалы.
Гистограмму распределения составляют из прямоугольников,
основаниями которых являются отрезки, изображающие интервалы, а их площади
пропорциональны числам значений случайной величины, приходящейся в
данный интервал. Ширина всех интервалов одинакова, а высота
прямоугольников пропорциональна числам значений в каждом интервале.
Полигон распределения отличается от гистограммы тем, что в середине
каждого из интервалов строятся ординаты, пропорциональные числам
значений величины в каждом из интервалов. Вершины ординат соединяются
отрезками прямых, образующих ломаную линию, которую называют
практической кривой распределения. Удобно вместо частоты появления размера
употреблять понятие частость, которая определяется как отношение частоты
появления размера т к числу всех обрабатываемых деталей п.
Практически полученные результаты статистических исследований
относят к одному из известных теоретических законов распределения. Это
позволяет использовать известные формулы расчетные таблицы к ним.
Результаты работы на металлорежущем оборудовании чаще всего
приближаются к закону нормального распределения.
Для исследований отбирают партию обработанных изделий,
изготовленных на одном определенном станке одним рабочим без подналадок, т. е.
при неизменяемых условиях.
Учитывая, что колебания размеров могут быть положительными и
отрицательными (алгебраическое сложение может свести их к нулю),
пользуются квадратами отклонений от средней величины, сумма которых является
наименьшей величиной.
Среднее квадратическое отклонение является универсальной мерой
рассеяния измеряемого параметра. Оно равно квадратному корню, извлеченному
из суммы квадратов отклонений измеренных величин Хот их среднего
арифметического значения, деленного на их количество п слагаемых этой суммы. При
п > 100 среднее квадратическое отклонение а определяют по формуле
ст = J-Z(x;~xo)2>
где хо — центр группирования.
При п *£ 30 среднее квадратическое отклонение в выборке а определяют
по формуле
131
Рис. 2.45. Изменение формы кривой
при изменении значения параметра а
'и-1
Z(*,~*o)2
Наличие в знаменателе последней
формулы величины п - 1 вместо п,
является коррективом, вызванным
особенностями малых выборок.
Значение ст2 называют дисперсией.
Дисперсия суммы взаимно независимых
случайных величин равна сумме их
дисперсий, т. е.
а, + а2
+ - + а2 = 5>?
или а
5>?
. Особое значение это правило приобретает при оценке результатов
операций, на которые влияют несколько независимых случайных факторов.
Тогда дисперсия конечных значений будет равна дисперсии (погрешности),
вызванной каждым фактором в отдельности, что особенно важно при расчете
размерных цепей, обеспечивающих взаимозаменяемость при сборке изделий.
Форма кривой меняется с изменением значения параметра сг, например,
при черновой обработке поле рассеяния размеров будет больше (а = 2), при
получистовой меньше (а = 1) и чистовой обработке поле рассеяния
наименьшее (а = 1/2 ), что наглядно показано на рис. 2.45.
Влияние случайных погрешностей выражается в рассеянии размеров
обрабатываемых изделий. Основными характеристиками распределения
случайных погрешностей являются среднее отклонение случайной
величины Lcp и среднее квадратическое отклонение а .
Среднее отклонение случайной величины
_ Lxmx + Ljtrij + ... + Lnmn
YsLimi
;=i
<=p
где L\,L2, ...,L„ — размеры отдельных деталей; т — число деталей в
группе; п — общее количество деталей в партии.
Среднее квадратическое отклонение
ximl + xim2 + ■ ■ ■ + хп тп
\Х?Щ
i=i
Здесь х, = Li - Lcp-
132
-За
-2a -a Xo +а +2а+3а
6с (Поле рассеяния)
Основными количественными ха- Точки
« перегиба
рактеристиками дискретной случайной
величины является область ее значений
(от xmin до хтах) и плотность вероятности
всех возможностей значений внутри
этой области.
Плотность вероятности задается
обычно в виде аналитического
выражения как функция а, или графически в
виде кривой, называемой кривой
распределения случайной величины.
Площадь, ограниченная кривой
распределения и осью абсцисс, равна единице.
Плотность вероятности называют также
дифференциальным законом
распределения или просто законом
распределения или функцией распределения величины а.
Рассеяние размеров по закону нормального распределения часто
используют при оценке точности технологического процесса обработки
заготовок. Такое распределение подчиняется нормальному закону (закону
Гаусса). При увеличении числа деталей в исследуемой партии, а следовательно,
и уменьшении интервала, ломаная линия полигона распределения будет
представлять собой более плавную кривую. Чем больше число деталей
будет взято и меньше будет интервал, тем ближе ломаная кривая будет
приближаться к кривой нормального распределения (кривой Гаусса),
представленной на рис. 2.46.
Кривая нормального распределения погрешностей выражается уравне-
Рис. 2.46. Построение
теоретической кривой нормального
распределения погрешностей обработки
нием
У--
°cpV2^
2с2
где У— плотность вероятностей; а — среднее квадратическое
отклонение; е — основание натурального логарифма (е = 2,72).
Около центра группирования в основном группируются значения
случайных величин (значение абсциссы, при котором ордината достигает
максимума). Центр группирования также называют центром
распределения или рассеяния.
При построении теоретической кривой нормального распределения
погрешностей следует учитывать следующие особенности:
• кривая симметрична относительно середины поля рассеяния;
• ветви кривой асимптотически приближаются к оси абсцисс
(теоретически ветви кривой продолжаются от +оо до -оо, поэтому из практических
соображений ее ограничивают от +3а до -За);
133
• ордината вершины кривой определяется при х = 0, т. е.
1 0,4 ALn
У =
ал/2л
где AL — интервал размеров; п — число деталей в партии.
Значения AL и п используют при построении в масштабе теоретической
и практической кривой распределения;
• координаты точек перегиба при х = +а определяют по формуле
У = У л = У в =
1
стл/2л
^!S2LsO,6065^n
4~е
„ 0,24Л£к.
— >
a
• теоретически площадь под кривой можно рассматривать для всего
бесконечного промежутка (-оо < х < +оо ). Правило трех сигм говорит о том,
что значение непрерывной случайной величины попадает в интервал от -За
до +3а с вероятностью 0,9973, т. е. погрешность составит 0,27 %.
Дальнейшее увеличение интервала с 6а до 8а, 9а или 10а практического повышения
вероятности не приносит, но значительно усложняет расчеты настройки
технологической системы. При уменьшении интервала значений от -2а до
+2а погрешность составит примерно 5 %, а в интервале от -а до +а — 32 %,
что недопустимо (рис. 2.47). Поэтому оптимальным значением интервала
выбрана величина ±3а (правило «Трех сигм»);
• площадь, ограниченную кривой нормального распределения,
определяют по формуле
\ydx = ~= [e 2°2dx = —j= \e 2°2dx = \.
av27t q
Значение приведенного интеграла определяется отношением z = —
a
(рис. 2.48).
Представление интеграла в виде функции Ф(7), используя переменную
х
z = —, значительно упрощает расчеты.
68,27 %
99,73 %
0,27 %
Площадь левого заштрихованного
участка (см. рис. 2.48) будет
определяться по формуле
1
s[bz
'■dz,
а площадь правого заштрихованного
Рис. 2.47. Анализ правила «Трех сигм» участка
134
F2 =
'■ dz.
Кривая
нормального
распределения
Рис. 2.48. Соотношения между
возможным количеством годных
деталей, исправимого и неисправимого
брака
Общая площадь заштрихованных
участков, которая определяет допуск на
обрабатываемую поверхность,
определяется путем суммирования этих
площадей, т. е. F = F, + F2;
В табл. 2.13 указаны числовые
значения приведенного интеграла в
зависимости от Z. Пользуясь этой таблицей,
можно определить Ф(7), а
следовательно, без дополнительных расчетов узнать
отклонение от среднего значения. Таким
образом, построение кривой нормального распределения и нанесения на нее
значений поля допуска позволят определить соотношение между
количеством годных, бракованных и дефектных (исправимый брак) деталей, а также
соотношение между значениями поля рассеяния относительно поля допуска.
Вероятность получения годных деталей определяется отношением
заштрихованной площади ко всей площади ограниченной кривой, а так как
она равна единице, то значение Ф{7) определяет вероятность получения
размера в пределах -х и +х2.
Таблица 2.13
Z
0,00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0,10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
0(Z)
0,00000
00798
01596
02393
03191
03988
04784
05581
06375
07171
0,07966
08759
09552
10343
11134
11924
12712
13499
14285
15069
Z
0,40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
0,50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
0(Z)
0,31084
31819
32552
33280
34006
34729
35448
36164
36877
37587
0,38292
38995
39694
40389
41080
41768
42452
43132
43809
44481
Z
0,80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
0,90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
0(Z)
0,57629
58206
58778
59346
59909
60468
61021
61570
62114
62653
0,63188
63718
64243
64763
65278
65789
66294
66795
67291
67783
135
*ь *ь
*ь w
oo oo
Lfl *ь
О -J
— K>
U> 00
oo oo
*ь W
NO NO
u> u>
*ь K>
Ю -J
U> Lfl
K> K>
*b u>
NO NO
-J -J
*b -t^
NO Ю
— Lfi
*ь
Ю
oo
*^
*^
u>
NO
oo
ю
NO
U>
i—i
Ю
*ь
Ю
Ю
NO
-J
<jj
l/l
oo
*ь
oo
*^
*^
ON
00
NO
Ю
NO
-J
О
Ю
NO
-J
Ю
oo
NO
4
о
О
"uo
IX)
NO
>»
О
p
NL>
*ь
KJ
о
p
Nl_>
Ю
NO
<jj
NO
oo
UJ
Lfi
*ь
-J
-J
NO
NO
Ю
ON
Lfl
Lfl
NO
NO
-J
i—i
*ь
oo
<jj
oo
oo
U)
ю
*ь
-J
oo
NO
Ю
*ь
NO
Ю
oo
NO
-J
О
-J
*ь
UJ
-J
oo
Ю
NO
UJ
-J
-J
NO
Ю
UJ
Ю
-J
-J
NO
ON
NO
NO
NO
U)
ON
00
K)
ON
1—I
-J
--I
ON
NO
Ю
1—I
Ul
NO
ON
NO
ON
NO
N)
U)
UJ
Lfl
oo
K>
K>
NO
oo
-.1
Lfi
NO
i—i
NO
oo
oo
Lfl
NO
ON
00
*ь
*ь
l*>
*ь
oo
NO
-.1
Lfl
-.1
*ь
NO
oo
i—i
*^
*ь
NO
ON
-.1
ON
Lfl
l*>
W
oo
ON
*ь
oo
-.1
u>
NO
i—i
ON
<jj
-J
W
NO
ON
ON
00
<jj
<jj
Ю
oo
1*)
1—1
ON
-.1
Ю
NO
i—i
*ь
</l
-J
Ю
NO
ON
l/l
NO
NO
W
oo
о
NO
oo
о
-.1
NO
Ю
-.1
UJ
NO
ON
l/l
i—i
*ь
4
о
о
oo
<_>
ON
о
4
о
p
NL>
i"-1
<_>
-J
s>
о
p
NL>
ON
-U
-J
Ю
NO
oo
о
Ю
NO
L/l
ON
NO
NO
О
00
NO
-J
О
NO
NO
ON
<jj
<jj
oo
ю
oo
-.1
NO
NO
*ь
L/l
ON
00
NO
О
-J
о
*ь
о
oo
NO
ON
Ю
*ь
-J
Ю
-J
-.1
NO
l/l
NO
Ю
ON
-J
NO
О
l/l
О
oo
о
-J
NO
ON
1—1
l/l
L/l
NJ
ON
-.1
NO
NJ
U)
OJ
ON
ON
NO
О
<jj
О
NO
о
ON
NO
ON
О
ON
О
Ю
L/l
-.1
oo
oo
-.1
о
ON
L/l
NO
О
1—1
о
ON
о
L/l
NO
l/l
NO
ON
*ь
Ю
*ь
--1
oo
l/l
о
Ю
ON
*ь
oo
NO
oo
NO
NO
О
*ь
NO
l/l
oo
ON
L/l
NJ
U)
-.1
oo
i—i
<jj
о
ON
OJ
oo
NO
ON
NO
О
о
<jj
NO
l/l
-.1
ON
*ь
Ю
Ю
-.1
-.1
-.1
l/l
*ь
ON
Ю
oo
NO
*ь
--1
-J
О
Ю
NO
l/l
ON
ON
Ю
Ю
-.1
-.1
<jj
-.1
Ю
ON
00
NO
Ю
ON
О
о
NO
Lfl
Lfl
1Л
-J
4
о
о
-J
ON
NO
IX)
ON
*•
UN
о
о
NL>
О
s>
о
о
NL>
-U
о
l*>
NO
U)
о
OJ
*^
ON
-J
NO
Lh
-J
О
*^
-J
NO
-J
ON
Lfl
NO
Lfl
OJ
oo
Ю
NO
ON
о
Lfl
-J
oo
Lh
ON
*^
ON
00
-J
ON
Ю
О
о
U)
-J
Ю
oo
oo
ON
Ю
-J
-J
Lh
U1
oo
-j
о
-J
-J
Lfl
oo
о
о
U)
ON
Ю
oo
1—1
1—1
Lfl
-J
ON
Lh
U1
Ю
-J
Lfl
ON
-J
Lfl
OJ
NO
Lfl
<jj
Lfl
Ю
-.1
OJ
ON
ON
-J
Lfl
Lfl
*ь
ON
-J
Lfl
Lfl
-J
*ь
NO
oo
ON
<jj
*^
Ю
ON
ON
*ь
-J
*^
Lh
*^
О
-J
О
*ь
-J
*ь
(Л
--1
OJ
U)
KJ
1Л
00
ON
о
-.1
U)
Ul
U)
4^
ON
U)
--1
^
l-~l
1Л
K)
OJ
Ю
Ю
1/1
1—1
о
U)
--I
Ю
1Л
Ю
oo
*^
oo
Ю
-.1
l*>
-.1
K>
NO
w
Ю
*^
l*>
*^
*^
--I
1Л
Ю
Ю
U)
о
-J
U)
U)
о
о
о
о
SJ
OJ
Lfl
(X)
-J
о
p
Lfl
•—'
ON
-J
>»
о
p
Ю
(X)
UN
-J
Ю
NO
Ю
K>
oo
oo
ON
NO
Lh
о
NO
oo
о
NO
-J
Ю
*^
Ю
NO
Ю
oo
Ю
Ю
о
1Л
Ю
ON
oo
Lh
О
OJ
1Л
о
о
oo
-.1
1—1
NO
oo
ON
Ю
-J
Ю
K>
oo
*^
ON
-J
*ь
NO
-.1
1—1
*^
о
-J
-.1
1—1
1Л
<jj
oo
Ю
ON
Ю
о
1Л
1—1
*^
ON
ON
*ь
NO
о
-.1
Lfl
о
ON
-.1
1—1
о
oo
ON
Ю
Lfl
NO
-.1
*^
ON
Lfl
*ь
oo
*^
U)
о
Lfl
-.1
о
ON
K)
oo
Ю
*^
oo
NO
ON
-J
ON
*ь
*^
-.1
-.1
oo
OJ
о
*ь
-.1
о
1—1
ON
ON
Ю
U)
oo
1—1
NO
ON
<jj
*^
-.1
1—1
<jj
о
OJ
ON
NO
ON
NO
NO
Ю
Ю
-.1
*^
U)
ON
Ю
*^
ON
*^
-.1
*ь
о
Ю
ON
NO
Ю
K)
-J
Ю
ON
ON
1*)
<jj
ON
*^
1Л
oo
i—i
*^
о
ON
oo
-.1
1/1
о
о
о
•—'
U1
OO
UN
О
p
-U
•—'
NO
•*
о
p
Lin
(X)
Ю
UN
NO
N
fV
N
N
fl.
■ N
N
fl.
N
Продолжение табл. 2.13
Z
1,45
46
47
48
49
1,50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
2,40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
2,50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
2,60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
0(Z)
0,85294
85571
85844
86113
86378
0,86639
86696
87149
87398
87644
87886
88124
88358
88589
88817
0,98360
98405
98448
98490
98531
98571
98611
98649
98686
98723
0,98758
98793
98826
98859
98891
98923
98953
98983
99012
99040
0,99068
99095
99121
99146
99171
99195
99219
99241
99263
99285
Z
1,85
86
87
88
89
1,90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
2,80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
2,90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
3,00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
Ф(1)
0,93569
93711
93852
93989
94124
0,94257
94387
94514
94639
94762
94882
95000
95116
95230
95341
0,99489
99505
99520
99535
99549
99563
99576
99590
99602
99615
0,99627
99639
99650
99661
99672
99682
99692
99702
99712
99721
0,99730
99739
99747
99755
99763
99771
99779
99786
99793
99800
Z
1,25
26
27
28
29
2,30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
3,20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
3,30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
3,40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
Ф(1)
0,97555
97618
97679
97739
97798
0,97855
97911
97966
98019
98072
98123
98172
98221
98269
98315
0,99863
99867
99872
99876
99880
99885
99889
99892
99896
99900
0,99903
99907
99910
99913
99916
99919
99922
99925
99928
99930
0,99933
99935
99937
99940
99942
99944
99946
99948
99950
99952
s
о
о
о4
Я
тз
о
в
а
Ж
н
01
а
тз
о
м
н
в
о
3
4?
fa
я
fa
о
а
тз
2
s
н
а
о
-В-
о
ТЗ
S
-J-J-J-J-J-J-J-J-J"1"^
о
oooooooooooooooo-j^
оо
4O00-JO\Lfi*>.U)K) — ^g
о
о
о
Os OS Os OS Os Os OS Os Os "
о
о
oo
oooooooooooooooooo*
«OOvlONUl^UM- 00
о
о
vovooooooooooooooo^g
oovovooooo-j-jonS?
o\
-J-J-J-J-J-J-J-J-J-,
о
■fcb.tb..tb..tb..tb.u>u>u>u>v'0
о
о
oooooooooooooooooo^o
LflLfl*>.*>.U)U)K) — — 00
OOUOOW-J"-(Jl\OUO
o\
LflLfiLflLfiLfiLfiLfiLfiLfl-;
40oo-jo\t-fi*>.u)K) — y<
о
о
N
о
s
N
N
о
s
Рис. 2.49. Влияние смещения
настройки резца на размер при
обработке вала
Следует учитывать также
погрешность, связанную с расчетом среднего
квадратического отклонения (ст). Из
математической статистики известно, что
средняя квадратическая ошибка при
определении ст будет равна величине
ст
± , —, т. е. для получения значе-
>/2(й-1)
ния ст с точностью ±10 % необходимо
измерить более 50 деталей.
Систематическая постоянная
погрешность, например, настройка резца
на размер, вызывает смещение кривой
нормального распределения. Причем это смещение следует производить
в нижний уровень границы допуска, чтобы по мере износа резца и
увеличения диаметра вала получить более стабильные точностные результаты
обработки (рис. 2.49). При повторной установке инструмента на размер
может возникнуть постоянная погрешность, связанная со смещением
наладочного размера на величину +А, что не изменит формы кривой, но
сместит центр группирования на эту величину, которая и будет
постоянной для всей следующей партии обрабатываемых заготовок.
При автоматической наладке станка для компенсации погрешности
обработки заготовки от размерного износа инструмента обрабатываемые
поверхности не выходят за границы поля допуска (рис. 2.50). Когда размеры
приближаются к верхней границе допуска, на который настроен прибор
активного контроля, резец автоматически смещается к нижней границе и
процесс повторяется.
Аналогичная картина будет наблюдаться и при других методах
обработки вала. Например, при оценке значения компенсации износа
шлифовального круга необходимо учитывать также погрешности смещения
центров настройки между подналадками, смещение центра настройки за время
прохождения вала от зоны шлифования до измерительной позиции автопод-
наладчика, суммарную погрешность измерения, погрешность формы
обрабатываемого вала и ошибку подналадки.
Таким образом, систематические
постоянные погрешности сместят кривую
распределения, а
закономерно-изменяющиеся погрешности окажут свое влияние
на ее форму, например, при обработке
заготовок инструментом, имеющим бы-
t, мин стрый износ, появляется плосковершин-
Рис. 2.50. Автоматическая подна- ное распределение. По мере износа
наладка станка при обработке вала ружной поверхности инструмента раз-
D, мм
Кривая
Гаусса
139
f0 d) U t у
Рис. 2.51. Возможные схемы теоретических кривых распределения при различных
производственных условиях
мер увеличивается (рис. 2.51, а), при обработке внутренней поверхности
диаграмма зеркально поворачивается вокруг вертикальной оси, а форма
кривой распределения не меняется. При интенсивном равномерном износе
инструмента и применяемых в связи с этим нескольких подналадок во время
изготовления партии изделий форма кривой остается плосковершинной
(рис. 2.51, б).
Влияние значительных колебаний размеров, вызванных
эксцентриситетами вращающихся деталей кинематической цепи металлорежущего станка,
вызывает двухвершинность кривой распределения (рис. 2.51, в). Вначале
ускоренный, а затем замедленный износ режущего инструмента также
может вызвать появление двухвершинности (рис. 2.51, г). Резко изменяющиеся
механические свойства материалов обрабатываемых заготовок или режимы
резания вызывают многовершинность кривой распределения (рис. 2.51, д).
Наряду с законом нормального распределения существуют и другие
законы. Из основных теоретических законов распределения непрерывных
140
случайных величин встречаются законы равной вероятности Симпсона и
Максвелла, композиция этих законов между собой и с законом Гаусса, а
также с некоторыми другими распределениями.
Распределение по закону равной вероятности (равномерное
распределение) встречается, в частности, при округлении отсчета по шкале измерений
до ближайшего целого, погрешности от эксцентриситетов, переносов осей,
износа инструмента.
Закон равной вероятности симметричный, т. е. коэффициент
относительной асимметрии а = О, коэффициент относительного рассеяния К = 1,73,
область значений которого ограничена от а до Ъ.
Площадь прямоугольника равна единице. Среднее значение изменения
размера Lep, среднее квадратическое отклонение ст и фактическое поле
рассеяния w определяется по формулам:
Ар =
а + Ъ
а =
2V3'
w
= 2ст7з.
Закон равной вероятности в основном используется при распределении
размеров деталей имеющих 5-6-й квалитеты точности.
Распределение по закону Симпсона встречается в частности при
сложении двух случайных величин, подчиняющихся закону равной вероятности с
одинаковыми параметрами, например, ошибки при отсчете длины
обработанной поверхности детали, при оценке тепловых деформаций
технологической системы. Этот закон распределения — симметричный (рис. 2.52, б).
Коэффициент относительной асимметрии а = 0, коэффициент рассеяния К= 1,22.
Поле рассеяния значений определяется по формуле
w
= 2ст7б.
Закон Симпсона главным образом распространяется на детали,
изготавливаемые по 7-8-му квалитету точности. Распределение по кривой
Максвелла встречается в основном у существенно положительных величин,
например, когда случайная величина является радиус-вектором при двухмер-
У
*-ср
■■ »■
У
А
'-ср
а) И
Ik J
'-cp
б;
ШТТггггп ,
X
в;
Рис. 2.52. Распределение погрешностей, получающиеся при закономерном
изменении общего действия факторов:
a — закон равной вероятности; б — закон Симпсона; в — закон Максвелла
141
ном или трехмерном гауссовском рассеянии. Другими словами она является
геометрической суммой двух или трех случайных величин, подчиняющихся
закону Гаусса, т. е.:
х = у] у2 + z2 или х = у] у2 +z2 +к2.
Кривая Максвелла несимметричная. Коэффициент относительного
рассеяния К = 1,13. Коэффициент относительной асимметрии а = -0,28.
По кривой Максвелла распределяются значения биения, дисбаланса,
эксцентриситета, разнотолщинности, колебания твердости, т. е. величины
которые имеют только положительные значения. Обычно распределение
Максвелла наблюдается при анализе значений, обладающих круговым
рассеянием на плоскости и группируемых по шкале, представляющей радиус
этого кругового рассеяния.
Методы исследования точности изделий с помощью
точечных диаграмм
Массовое и крупносерийное производства характеризуются
многократной повторяемостью технологических'операций. Но, несмотря на то, что
обработка изделия ведется в одинаковых условиях, качественные
показатели у них разные. Из-за случайных и систематических (постоянные и
закономерно изменяющиеся) погрешностей (рис. 2.53). Случайные погрешности
обусловлены неоднородностью материала, его твердостью, случайными
колебаниями температуры, припуском и другими факторами. Случайные
отклонения точности изделий в определенной степени подчиняются законам
нормального распределения. Систематические отклонения не подчиняются
этим законам, их появление значительно легче выявить и учесть, а значит
снизить или устранить. Систематические постоянные погрешности могут
быть вызваны погрешностью базирования, погрешностью установки
приспособления и т. п. Закономерно изменяющиеся погрешности обусловлены
износом инструмента, упоров, направляющих и др.
Систематические погрешности Асист имеют определенное значение,
поэтому суммируются алгебраически:
АХсист = А, + Д2 + Д3 + ... + Д„ = 1Д„
где А, — составляющая погрешности.
Случайные погрешности Аслуч суммируются геометрически (согласно
правилам сложения случайных величин):
АХслуч = у1(К,А, )2 + (К2А2 f + (K2A2 f +... + (КпА„ f.
Здесь К\, К2, Кз, ...,К„ — коэффициенты, зависящие от вида кривых
распределения. Для нормального распределения (Гаусса) К,■■ = 1.
142
Суммарная точность обработки
заготовки
2^сист
Zcjiy4
Погрешности
обработки
1
Г
Случайные
Систематические
1
1
Постоянные
1
Закономерно
изменяющиеся
Рис. 2.53. Классификация
погрешностей обработки
Наиболее наглядным методом
оценки погрешности механической
обработки является метод точечных диаграмм,
так как результаты обработки данных
представляются графически.
Накопленный в процессе исследований материал можно использовать для оценки
ожидаемой погрешности обработки. Особенностью данного метода является
то, что в процессе исследования отмечаются отклонения от правильного
течения технологического процесса и своевременно принимаются меры для
устранения погрешностей обработки. Метод точечных диаграмм является
научно обоснованным методом выборочного контроля. Его применяют при
организации статистического контроля технологического процесса.
Как показано на рис. 2.54 результаты измерений по каждому образцу
отмечают в контрольной карте отдельной точкой. Если делать такие выборки,
отбирая, например, по 5 образцов через каждый час или через 100 штук
обработанных изделий, замерять их, а результаты заносить в карту, то можно
получить положительные результаты,
когда измеряемые детали не выходят за
пределы поля допуска (рис. 2.54, а) или
отрицательные, т. е. указывающие на
необходимость подналадки. Поднаст-
ройкой станка можно сместить разброс
размеров в менее опасную зону, а
учитывая, например, износ инструмента,
сместить к нижнему предельному
размеру, что обеспечит более длительную
работу станка без подналадки.
В случае, представленном на рис.
2.54, в, наладкой станка исправить
положение невозможно, необходимо
искать другие причины такого большого
разброса размеров (в технической
оснастке в самом станке, заготовке и др.)
или искать другие пути обеспечения
заданной точности (используя другой
станок, меняя метод обработки,
снижая припуски на обработку и др.).
Выборка изделий обычно
осуществляется объемом в 5 штук. Перио-
NB вЫООРКУ
1
i
Л
I
1.
Поле допуска
Т
»?
Yi
ft
Ф
9
it
7
$
5
4
j
1
1
1
•
• •
2
*
• •
?
• •
•
<f
•
•
•
n
•
•
f)
•
•••
7
•
...
0
*»--
•*••••••••••*'
•••»•••«•• -'
t, ——
a)
NBBbiOO
«
1
to
s
!
'Поле допуска
T
OKU 1
1}
12.
Л
Mi
9
в
^r
_S_
_s_
4
~r
3E
1
.
•
.
..
.
?
«»
,1
•
•
•
4
• •
*•
•
t
(t
•»---_
•«•-
e;
Ыаеыбо
1
3
s
i
E
1
Поле допуске
T
W
it
11
id
9
8
t
i
5
■(
3
t
1
1
•
•
•
•
•
?
•
•
•
•
•
ft
•
•
•
•
4
•
•
•
•
•
ff
•
•
•
•
tf
•
•
•
*
•
7
fi
,
"
.♦'.
••i
••••\
.....
...
•••/
...,'
..;
••i
••
в)
Рис. 2.54. Результаты измерения
выборки из пяти штук изделий
143
Предупредительный сигнал
Тревожный сигнал
о
а
0)
$
<•>
81-
го
*
•
•
•
• ••
• Ф
•
• •
• •
• *
\
ообы
• •
Внеочередные щ
• • • *
•
•
• • ••• • •
• •• • • •••
•
• •
*• •
1 2 3 4 5\ 6 7 8 9 10 11 12
Тревож
ный сигнал
/
/
• •
•
J
I
• •
• •
Внеочередная про
13 14
••
4
ГО
го
I?
го
ё
Верхняя контрольная
граница
• • •
г
•• •• • \
• • •* •• •• \
••• ••• \
• \
Нижняя контрольная
граница
16 17 18 19 20
Номер пробы
Рис. 2.55. Применение в точечных диаграммах внеочередных контрольных
замеров (проб)
личность отбора выборок зависит от устойчивости технологического
процесса.
В случаях, когда в процессе контроля появляется предупредительный
сигнал, проводят внеочередные пробы, по результатам которых принимают
решение продолжать обработку, либо провести подналадку после второй
внеочередной пробы (рис. 2.55).
Предупредительный статистический контроль должен своевременно (до
появления дефектных деталей) обнаружить момент необходимости подна-
ладки станка, определить значение, на которое необходимо сместить
настройку, гарантирующую получение заданной точности обрабатываемых
поверхностей детали.
Статистический предупредительный контроль можно производить только
при наличии заранее разработанного плана, являющегося частью
технологического процесса.
Наиболее распространенными являются следующие методы
статистического контроля: средних арифметических значений размахов (разбросов),
медиан и крайних значений, индивидуальных значений.
Метод средних арифметических значений и размахов (разбросов)
деталей выборки наиболее сложный и в то же время наиболее точный. Метод
предупредительного статистического контроля применяют на операциях,
где запас точности минимальный. Он заключается в наблюдении за
изменением во времени центра группирования значений размеров и моментного
распределения по размаху (разбросу).
Через определенное время работы станка берется малая выборка
(обработанных подряд деталей) и определяется значение заданного размера. За-
144
7.07
о 7.06
| 7.05
<В 704
та 7.03
5
3 7.01
7.00
Верхняя контрольная граница размеров
Нижняя контрольная граница размеров
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Шкала порядковых номеров выборок
(или время их отбора)
Рис. 2.56. Диаграмма средних
арифметических значений размеров
123456789
Шкала порядковых номеров выборок
(или время их отбора) '
Рис. 2.57. Диаграмма разбросов (раз-
махов) деталей выборки
тем вычисляется среднее арифметическое значение размера и разброс
деталей выборки.
Среднее значение размеров и разброс (размах) наносят на контрольную
диаграмму (рис. 2.56). Точками отмечают значения среднего
арифметического размера, а две контрольные границы наносят в обе стороны от
середины поля допуска.
На диаграмме разброса (размаха) деталей выборки (рис. 2.57) только
одна контрольная граница — верхняя (нижним пределом размаха является
нуль). Чем меньше разброс, тем точнее технологический процесс.
Выход точки за контрольную границу сигнализирует о том, что
увеличилось поле рассеивания значений размеров и необходимо выявить и
устранить причины снижения точности обработки.
Метод медиан и крайних значений применяют на операциях, где
имеется значительный запас точности. Медианы небольших по объему выборок
деталей по своей абсолютной величине часто оказываются близкими к
средним размерам этих выборок, поэтому медиана может указывать центр
фактического рассеивания размеров, но с меньшей точностью, чем средний
размер.
Контроль по медианам ведется по
крайним значениям размеров в выборке,
которые отмечают точками на той же
контрольной диаграмме, на которую
наносят точки медиан. На диаграмме есть
две пары контрольных границ: одна —
для медиан, другая — для крайних
значений размеров выборки (рис. 2.58).
Контрольную диаграмму можно
заполнять двумя способами:
1) на нее наносят только точки
медианы и крайних значений размеров
выборки;
9.09
9.08
9.07
9.06
9.05
9.04
9.03
9.02
9.01
9.00
Верхняя граница крайних значений
^
Верхняя граница медиан
~^г
Нижняя граница медиан
Нижняя граница крайних значений
1234 56789 10 11
Шкала порядковых номеров выборки
Рис. 2.58. Диаграмма медиан и
крайних значений размеров выборки
145
2) на диаграмме точками отмечают
все фактические значения размеров
деталей в выборке, а медиану отмечают
крестиком. Затем для наглядности все
медианы выборок соединяют прямыми
линиями.
В выборках всегда должно быть
нечетное число деталей, а размеры выбо-
Рис. 2.59. Диаграмма для статиста- рок записывают в порядке их возраста-
ческого контроля методом индивиду- ния (При выборке в пяти деталях медиа-
альных значений нои будет третий размер, а одинаковые
размеры записывают столько раз, сколько они повторились).
При выходе точек или крайних значений за контрольные границы
операцию прекращают для подналадки.
Метод индивидуальных значений применяют в тех случаях, когда
имеется значительный запас точности на операции.
Этот метод называют так потому, что на контрольной диаграмме
показывается не средний размер и не медиана, а значение каждой детали выборки.
При методе индивидуальных значений на контрольную диаграмму
вместо контрольных границ наносят контрольные зоны (заградительные).
Каждая контрольная зона ограничена двумя линиями (рис. 2.59).
Размах определяется расстоянием между верхней и нижней точками.
Расположение точек, близкое к середине поля допуска, свидетельствует об
удовлетворительной точности, а их разброс по всему полю допуска или
выход отдельных точек за пределы контрольных зон означает недостаточную
точность обработки.
Соответствующими расчетами заранее можно определить, какое
рассеивание точек на графике можно считать допустимым при том или ином объеме
выборки, чтобы изменение характера рассеивания и статистических
характеристик не превышало допустимого, т. е., чтобы не нарушались условия работы
без брака. По этим расчетам и устанавливают расположение контрольных зон.
Существуют определенные правила оценки данных точечных диаграмм.
Если при объеме выборки из пяти деталей и периодичности отбора
выборок через каждый час, они находятся в пределах допуска, то все детали,
изготовленные в период от одной выборки до другой, являются годными
(если в контрольной зоне оказывается не более одной точки). Если в любой
контрольной зоне оказывается две точки и более или хотя бы одна точка
выходит за контрольную зону (в промежуток между контрольной зоной и
линией предельного размера), операция должна быть приостановлена для
подналадки. При этом все детали, изготовленные за время, прошедшее от
предыдущей выборки, проверяют сплошным контролем.
Метод индивидуальных значений применяют не только для контроля
линейных параметров, но и для контроля так называемых «существенно
положительных величин» (овальности, конусности, непараллельности, биения и т. п.).
/Верхняя контрольная зона///
» • •
• • •
* •
/Нижняя контрольная зона /у
146
2.3.8. Размерный анализ
Общие сведения о размерных цепях
Размерная цепь — замкнутая цепь взаимосвязанных размеров (звеньев)
последовательно расположенных и определяющих взаимное положение
поверхностей и осей одной или нескольких деталей. Отдельные размеры,
входящие в размерную цепь, являются ее звеньями. Каждая размерная цепь
состоит из нескольких составляющих звеньев и одного замыкающего (рис. 2.60).
Замыкающим звеном является последнее звено в процессе обработки детали.
Составляющие звенья разделяют на увеличивающие, уменьшающие и
компенсирующие. Увеличивающие звенья — звенья, с увеличением
которых возрастает замыкающее звено. Уменьшающие звенья — звенья, с
увеличением которых уменьшается замыкающее звено. Компенсирующие
звенья — звенья, в результате изменения которых поглощается излишнее
значение отклонения замыкающего звена.
Построение размерной цепи начинается с основной (исходной) ветви Аь
но цепь всегда замкнута, следовательно, нужна вторая ветвь, начинающаяся
от базового торца Аъ Аъ (рис. 2.60, а). Заданные поверхности
обрабатываются с определенными допусками. Последнее звено размерной цепи АА
является замыкающим, размер и допуск на него не задают чертежом, так как он
зависит от размеров и допусков составляющих звеньев. В зависимости от
того, какой из торцов задан как базовый, замыкающим звеном может быть
любой из составляющих звеньев (рис. 2.60, б и в).
Рассмотренные размерные цепи являются линейными, так как входящие
в них размеры параллельны между собой. Если в цепи некоторые размеры
не параллельны между собой, но лежат в одной плоскости, то такую цепь
называют плоской цепью. Наиболее сложной является пространственная
« »
А2 А3
т » ■* *■
А2 А3 АА
a)
\
*1
А3
А2
б)
А3
А2
*1
т Pi
А2 А3
« ^ ^ —^
г)
в) д)
Рис. 2.60. Возможные схемы размерных цепей ступенчатого валика
147
ш
WW/,
1
ж.
А2
ь+ -—»J
-ч
V//A
шж.
WW///
i
/*.
цепь, в которой размерные цепи лежат
в непараллельных плоскостях.
Использование размерных цепей в
технологических расчетах позволяет решить две
основные задачи. Первая задача
заключается в том, что по заданным
отклонениям составляющих звеньев
вычисляют отложение замыкающего звена.
Например, при оценке погрешности
базирования, при расчете припусков на
механическую обработку и др. Вторая
задача заключается в том, что по
заданному отклонению замыкающего
звена вычисляют неизвестное
отклонение составляющих звеньев. Например,
на чертеже зубчатого колеса из
конструктивных соображений конструктор
задал размер Аг, что с технологической
точки зрения экономически не
выгодно, так как заготовка при обработке не будет иметь устойчивого положения
(рис. 2.61, а). Следовательно, даже за счет ужесточения допуска следует
пересчитать размеры и проставить их так, чтобы они были удобны при
проектировании технологического процесса изготовления этой детали (рис. 2.61, б).
Отклонения как составляющих, так и замыкающих звеньев задают
допусками на номинальные размеры этих звеньев (рис. 2.62). Числовые
характеристики допускаемых отклонений определяют по формулам:
*г
АА , А2
■ »1« —
А,
Чл*.
Рис. 2.61. Схема пересчета размера с
точки зрения технологичности
обработки
Т, =
ВО-НО
Д; =
во+но
где Tj — половина поля допуска; А, — координата середины поля допуска
относительно номинала; ВО — верхнее отклонение размера от номинала;
НО — нижнее отклонение размера от номинала.
Начинать составлять размерную цепь
целесообразно с замыкающего звена
обозначая его индексом А (дельта). Все
звенья размерной цепи следует
обозначать одной и той же буквой с числовым
индексом, определяющим порядковый
номер каждого звена (кроме
замыкающего). При изменении любого
составляющего размера изменяется
замыкающий, а степень и направление их влияния
характеризуется передаточным
отношением £, при составляющем звене. При
Номинальный
размер
НО
Ж
во
Рис. 2.62. Схема определения
числовых характеристик допускаемых
отклонений
148
определении передаточного отношения необходимо найти его знак и
значение. Передаточное отношение в линейных параллельно расположенных
размерах равно + (или -), так как изменение составляющих звеньев полностью
передается на замыкающее звено.
Номинальный размер замыкающего звена можно определить по формуле
п п
А-Ь. = 2-1 ^' ув ~~ 2-1 ^' УМ'
(=1 (=1
где Д — номинальные размеры увеличивающих звеньев; At —
номинальные размеры уменьшающих звеньев.
Расчет размерных цепей можно проводить методом максимума-
минимума и теоретико-вероятностным методом.
Метод максимума-минимума базируется на допущении возможности
неблагоприятного сочетания крайних значений всех составляющих звеньев.
Практически такое сочетание мало вероятно, но допуски составляющих
звеньев при расчете получаются уменьшенными, что экономически
нецелесообразно. Достоинствами этого метода являются его наглядность, простота
понимания, полная гарантия от брака и низкая трудоемкость расчетных работ.
Теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей более
предпочтителен, так как при расчете размерных цепей этим методом необходимо
определить величину А, т. е. отклонение, показывающее какую часть
половины поля допуска составляет среднее квадратическое отклонение:
А,=^.
ТА,
Это отношение характеризует относительное рассеивание случайной
величины, поэтому А, — относительное среднее квадратическое отклонение:
А,- = 0,333 — для закона Гаусса;
А, = 0,408 — для закона Симпсона;
А, = 0,577 — для закона равной вероятности.
Оценку различных распределений удобно проводить, сравнивая каждое
из них с распределением по закону Гаусса. Эта оценка выражается
коэффициентом относительного рассеивания для закона распределения
рассматриваемого звена
где А- — относительное среднее квадратическое отклонение для
рассматриваемого закона распределения; Аг — относительное среднее
квадратическое отклонение распределения для закона Гаусса, численно равное 0,333.
Коэффициент Kt показывает, во сколько раз а рассматриваемого закона
распределения больше а для закона Гаусса, т. е. насколько рассматривае-
149
мый закон распределения отличается от закона Гаусса. Значения
коэффициента Kj выбирают в зависимости от вида кривой распределения:
О 333
для закона Гаусса К, = — = 1:
для закона Симпсона Kj
0,333
0,406
0,333
= 1,22;
для закона равной вероятности Kt:
0,577
0,333
1,73;
ы 0,380 ...
для закона Максвелла Kt = = 1,14.
0333
Выражая а, через Kt, получаем а, = Я,г х Kt х TAt.
Расчет теоретико-вероятностным методом является более объективным
и обработка деталей с допусками, рассчитанными по этому методу, будет
более экономически оправданной.
Расчет размерных цепей по предельным размерам
составляющих звеньев
Для примера рассмотрим схему для расчета линейных размерных цепей
электродвигателя (рис. 2.63, а). Замыкающим звеном принимаем осевой
зазор X между торцом крышки и торцом вала, размер которого зависит от
предельных размеров составляющих звеньев А\-А1.
Исходя из условий замкнутой размерной цепи, размер замыкающего звена
Xопределяют как разность размеров двух групп звеньев: звеньев Аъ, с
возрастанием размеров, размер X увеличивается (увеличивающие звенья) и звеньев Ау с
уменьшением размеров, размер Xуменьшается (уменьшающие звенья).
б;
\ а5
А4
Ав А, А1
\* И I-
Рис. 2.63. Схема для расчета линейных размерных цепей электродвигателя:
а — конструктивная цепь; б — размерная цепь; в — упрощенная размерная цепь
150
Из схемы, приведенной на рис. 2.63, а, б, видна последовательность
построения размера замыкающего звена. Для более наглядного разделения
увеличивающих As и уменьшающих А, звеньев применяют схему, на которой
вдоль одной линии откладывают все увеличивающие, а вдоль другой все
уменьшающие звенья (рис. 2.63, в). Размер замыкающего звена определяют
из уравнения
X=IAS-IA,.
Это уравнение является основным уравнением размерной цепи.
Подставляя в него предельные значения составляющих звеньев, получают
предельную погрешность замыкающего звена.
При расчете на максимум-минимум замыкающего звена предполагают,
что все размеры составляющих звеньев имеют предельные значения. В
связи с этим предельные отклонения замыкающего звена многозвенной
размерной цепи сильно отличаются. Сочетание предельных значений
составляющих звеньев встречаются очень редко, поэтому более близкие к
действительности погрешности замыкающего звена определяют методом расчета
с использованием теории вероятности.
Основное уравнение размерной цепи справедливо и при расчете на
основе теории вероятности: алгебраическая сумма номинальных размеров
всех звеньев должна быть равна нулю. Расчет допуска замыкающего звена
основывается на сложении среднеквадратичных отклонений размеров
составляющих звеньев:
т,- Ы?.Щ+"'№,
Рз
где Тъ — допуск рассеяния замыкающего звена; (33э Р, — коэффициенты
относительного рассеяния соответственно замыкающего и составляющих
звеньев; mb nt — число увеличивающих и уменьшающих звеньев цепи; Г, —
допуск на составляющие звенья.
Поскольку на практике рассеяние размеров определяется данными теории
вероятности, то вводят коэффициенты относительного рассеяния J3 и
относительной асимметрии а. Зная допуски составляющих звеньев, определяют
конечное звено. Сначала рассчитывают допуск замыкающего звена. Коэффициент
относительного рассеяния J3 определяют по таблицам или по формуле
где (3= 1,3-1,4.
Средние значения размеров составляющих звеньев определяют из
выражения
m n
СР = Z "
151
ОС
3
I
$то
il
^ TO
too.
о 8
ЕЛ
о
то
^0
А
л
. 0.56 .
А.
"icp
^05
»■
0,58
Л.со. Д
icp»
Рис. 2.64. Графическое построение
для расчета среднего значения
составляющего звена
Здесь ХАш и Ё4шп — СУММЫ
максимальных и минимальных размеров
составляющих звеньев.
Среднее значение размера звена для
любого закона распределения можно
представить в виде
Aicp=A + A + 0,5aT,
где А — номинальный размер; А —
координата середины поля допуска
относительно значения А; Т— поле допуска.
Графическое построение для расчета среднего значения размера
составляющего звена с указанием значения Аср, А и аТ показано на рис. 2.64. Для
случая, представленного на этом рисунке, значения А и а будут
положительными. Для отрицательных допусков значение А будет отрицательно.
Значения коэффициента а могут быть как положительными, так и
отрицательными, в зависимости от смещения центра группирования относительно
середины поля допуска. При расчете произведения аТ его знак будет такой
же, как у коэффициента а. Координату середины поля допуска
замыкающего звена можно определить по формуле
m n
Д* = X (4ср + "Я ) - Z (4ср +аД)- ахТх.
1 1
Здесь ах = О при числе составляющих звеньев больше 5.
Затем определяют предельные значения замыкающего звена
(4t)ma
(4c)min = 4cp
Т
т
х
2
Допуск замыкающего звена вычисляют по выражению
Тх =(A)max ~(A)min-
Существуют некоторые правила расчета плоских цепей с
параллельными звеньями.
1. Используются два метода: расчет на максимум-минимум и
вероятностный расчет.
2. Метод расчета на максимум-минимум учитывает предельные
отклонения звеньев и самые неблагоприятные их сочетания.
3. Вероятностный метод расчета учитывает рассеяние размеров и
вероятность различных сочетаний отклонений составляющих звеньев.
152
4. Номинальное значение замыкающего звена АА равно алгебраической
сумме номинальных значений составляющих звеньев, например: А А = Ах +
+ А2-А3-АЛ.
5. Увеличивающие звенья имеют знак «+», а уменьшающие знак «-».
6. Координата середины поля допуска замыкающего звена равна
алгебраической сумме координат середин полей допусков составляющих звеньев
с учетом их знаков.
7. Поле допуска замыкающего звена равно сумме абсолютных значений
полей допусков составляющих звеньев.
Рассмотрим пример расчета размерной цепи, представленной на рис. 2.64,
выполненного двумя способами.
Первый способ. Расчет размерной цепи на максимум-минимум.
Размеры всех составляющих звеньев приведены в табл. 2.14.
Таблица 2.14
Звено
Ах
А2
А,
А,
As
А6
Ai
Размер
8-o,i
1Г,24
с+0,12
49-Ю,34
9+°.2
8-о,1
47,6_о.з4
а
-0,2
0
0,4
0
-0,4
-0,2
0,2
Р
1,2
1
1,3
1,22
1,6
1,2
1,1
Максимальный и минимальный размеры замыкающего звена:
Ах ^ = (11,24 + 49,34 + 9,2) - (7,9 + 5,0 + 7,9 + 47,46) = 1,52 мм;
Ахт\п= (11 + 49 + 9) - (8 + 5,12 +8 + 47,6) = 0,28 мм.
Допуск на замыкающее звено
Тх =1,72 -0,28 =1,44 мм.
Второй способ. Расчет размерной цепи с использованием теории
вероятности. Допуск замыкающего звена вычисляют по формуле
Тх=4\2 -0,242 +1,32 -0,122 +1,62 -0,22 +1,222 -0,342 +1,12 -0,342 =
= 0,72 мм.
Средние значения составляющих звеньев: А\ = 7,95 мм; А2 = 11,12 мм;
Аъ = 5,06 мм; А4 = 49,17 мм; А5 = 9,1 мм; А6= 7,85 мм; А1 = 47,43 мм.
На основании этих значений координата поля допуска замыкающего
звена
Ах = [(11,12 + 0 • 0,12) + (49,17 + 0 • 0,17) + (9,1 - 0,4 • 0,1)] -
- [(7,95 - 0,2 • 0,1) + (5,06 + 0,4 • 0,06) + (7,95 - 0,2 • 0,5) +
+ (47,43 + 0,2 • 0,17)] = 0,745 мм.
153
Предельные значения замыкающего звена:
Axmin = 0,745 - 0,36 = 0,385 мм;
Дстах = 0,745 + 0,36 = 1,105 ММ.
Из сравнения результатов расчетов видно, что при расчете с
использованием теории вероятности получаются большие значения допусков на
составляющие звенья. Допуски на составляющие звенья по заданному допуску
на замыкающее звено (обратная задача) определяют, исходя из общих
экономических и конструктивных задач методом подбора значений А, и Г,.
2.3.9. Математическое моделирование точности
механической обработки изделий на ЭВМ
Математическое моделирование точности обработки представляет
собой процесс исследования математической модели с помощью ЭВМ. При
этом решают задачу синтеза — поиск экстремальных значений некоторых
целевых функций. Теоретические расчеты геометрической точности деталей
проводят на базе общей теории проектирования различных систем и
процессов (системотехники). Системное проектирование основано на создании
математической модели, построенной на делении сложной исследуемой
системы на отдельные более простые элементы.
Модель технологической системы объединяет все полученные
уравнения отдельных ее элементов в единую логически взаимосвязанную систему.
Математическую модель технологической системы, получаемую путем
объединения математических моделей его элементов в общую систему
уравнений, называют полной математической моделью.
Для расчета точности механической обработки изделий на ЭВМ
применяют расчетно-аналитический, опытно-статистический методы и метод
расчета суммарной погрешности механической обработки изделий, основанный
на вероятностном моделировании.
Расчетно-аналитический метод основан на математическом описании
физических явлений аналитическими зависимостями, что позволяет выявить
причины формирования погрешностей обработки изделия. Недостатками
этого метода можно считать определенные допущения при определении вида
закона распределения и поля рассеяния суммарной погрешности размеров.
Механическая обработка изделий является сложным и многофакторным
процессом, для его описания применяют регрессионное моделирование, т. е.
опытно-статический метод, основанный на базе статистических наблюдений
или результатов экспериментальных исследований. Этот метод применим
практически для всех технологических процессов, но сложность раскрытия
физической сущности влияния исходных параметров на суммарную
погрешность обработки и большая трудоемкость экспериментальных работ
являются его существенными недостатками.
154
Метод расчета суммарной погрешности механической обработки
изделий, основанный на вероятностном моделировании на ЭВМ, позволяет
учитывать совокупность систематических и случайных факторов, определять
поле рассеяния размеров, законы их распределения и давать оценку
технологическому процессу с точки зрения технико-экономических критериев.
В качестве исходных данных в ЭВМ вводят математическое ожидание и
среднеквадратические отклонения случайных величин, характеризующих
элементарные погрешности обработки. Затем формируют полигон
распределения размеров, оценивают частоту попадания размеров в заданный
интервал, получают кривую распределения размеров и поле их рассеяния,
число дефектных и бракованных изделий, среднеквадратическое отклонение и
коэффициенты корреляции заданных взаимосвязанных величин.
Недостатком этого метода является то, что показатели точности формы и взаимного
расположения поверхностей рассматриваются отдельно, что значительно
усложняет точностной анализ и анализ суммарной погрешности формы
изделия, так как задачи решаются на базе решения технологических
размерных цепей.
Метод моделирования, при котором не строится явная математическая
модель объекта в целом, а создается алгоритм и программа, отображающие
взаимодействия входных и выходных параметров отдельных элементов
реальной технологической системы, называют имитационным. Основным
недостатком этого метода является невозможность непосредственного
получения аналитического решения. Результаты имитационных экспериментов
обычно оформляются в виде графиков или таблиц. В тоже время метод
имитационного моделирования является одним из методов исследования
реальных и проектируемых технологических процессов.
Сущность метода состоит в построении имитационной модели
исследуемого технологического процесса. Этот метод постоянно совершенствуется,
и его называют также методом машинной имитации, машинного
программного, статистического и вероятностного моделирования. Он является одним
из экспериментальных методов исследований, но испытаниям подвергается
не деталь, а реализованная на ЭВМ ее имитационная модель. С
имитационной моделью работают подобно тому, как это проводилось бы с
натуральным испытываемым образцом в производственных или лабораторных
условиях. Экспериментальные исследования, так же как и в обычных условиях,
строят с применением методов теории планирования и обработки
экспериментальных данных.
Целесообразно использовать лучшие стороны каждого из методов.
Следует учитывать, что в настоящее время аналитические методы расчета
основаны на определенных допущениях и они не дают достаточно точных
результатов. Суммарную погрешность обработки (Д^) выполняемого размера в
общем виде можно представить функцией
Ар =/(Ду, Еу, АН, АИ, AT, ХАФ),
155
где Ау — погрешность, связанная с упругими деформациями
технологической системы; Еу — погрешность установки заготовки; АЯ — погрешность
настройки станка; АИ — погрешность от износа режущей части
инструмента; AT — погрешность от тепловых деформаций технологической системы;
ХАф — суммарная погрешность формы, зависящая от геометрических
неточностей станка, собственных деформаций заготовки при ее закреплении и
неравномерных упругих отжатий технологической системы по различным
сечениям заготовки.
Погрешность формы (овальность) определяют по формуле
А _ max ~ -^min
где Дпах и Z)min — наибольший и наименьший диаметры поверхности детали
соответственно.
Аналитически суммарную погрешность диаметра А^ оценивают как
допуск на замыкающее звено размерной цепи:
Az = 2^/Ду + г2 + АН2 + ЗАЛ2 + ЗАГ2 + £ Аф.
Учитывая, что погрешность формы не является замыкающим звеном
размерной цепи и ее расчет представляется наиболее сложной задачей. Одним из
эффективных путей решения этой задачи является использование метода
имитационного моделирования процесса механической обработки заготовки.
Обобщенная модель расчета на ЭВМ точности механической обработки
изделия состоит из моделирования геометрии обрабатываемого изделия, его
твердости, колебаний припуска, погрепшости установки, тепловых и упругих
деформаций, жесткости технологической системы и других факторов,
оказывающих влияние на точность обработки. Расчеты на ЭВМ позволяют получить
зависимости погрепшости обработки от технологических факторов и численно
оценить эффективность применения новых технических решений.
Решение задач, связанных с реализацией на ЭВМ задач
параметрической оптимизации, приобретает особую значимость в условиях перехода
машиностроения на изготовление изделий с помощью гибких
производственных систем.
■ 2.4. Качество поверхностного слоя изделий
2.4.1. Основные понятия о качестве поверхностного слоя
В процессе работы деталей в наиболее тяжелых условиях находится их
поверхностный слой, который подвергается воздействию различных нагру-
156
Геометрические
характеристики
рельефа поверхности
Макрогеометрические
характеристики
Погрешность
формы
_ Волнистость
Микрогеометрические
характеристики
— Шероховатость
Показатели качества
поверхностного слоя
изделий
Физико-механическое
состояние поверхности
слоя
Микротвердость
Микро- и
макроструктура
Остаточные
напряжения
Рис. 2.65. Схема показателей качества поверхностного слоя изделий
зок. От качества поверхностного слоя рабочих поверхностей деталей во
многом зависят качественные показатели изделия в целом. Требования к
качеству поверхностного слоя постоянно повышаются. Схема показателей
качества поверхностного слоя изделий представлена на рис. 2.65.
Показателями качества поверхностного слоя являются:
• геометрические характеристики рельефа поверхностного слоя;
единичные макрогеометрические отклонения от правильной геометрической
формы (погрешность формы), систематические многочисленные
макрогеометрические отклонения (волнистость), микрогеометрические отклонения
(шероховатость);
• физико-механическое состояние поверхностного слоя; микротвердость
(глубина и степень деформационного упрочнения), остаточные (внутренние)
напряжения, макроструктура и микроструктура.
157
2.4.2. Геометрические характеристики
рельефа поверхности
Погрешность формы поверхности изделия
При механической обработке на поверхности изделия всегда образуется
множество неровностей с различными высотами и шагами.
Один из способов условного разделения отклонений на макро-
(погрешность формы, волнистость) и микрогеометрические (шероховатость)
основан на оценке отношения шага между неровностями / и высотой h (рис. 2.66).
Если отношение l/h > 1000, то это отклонение условно относят к
единичному макрогеометрическому отклонению от правильной геометрической
формы (погрешность формы), при 1000 *S l/h > 50 — к волнистости, а при
l/h < 50 — к микрогеометрическим отклонениям (шероховатость
поверхностного слоя).
Погрешность формы является частью суммарной погрешности
обработки. Она оказывает существенное влияние в частности на неравномерность
зазоров и натягов в соединениях, точность работы механизмов сложной
формы (кулачки, копиры и т. д.). Площадь фактического контакта
сопряженных поверхностей деталей в значительной степени зависит от
погрешности их формы (наряду с волнистостью и шероховатостью поверхностей).
В частности, при соприкосновении плоских стальных тел действительная
площадь контакта составляет 1,0... 10 % площади соприкосаемых
поверхностей. С увеличением нагрузки фактическая площадь контакта возрастает.
При особо тщательной обработке двух сопрягаемых поверхностей можно
достигнуть 80 % площади касания. Увеличение площади касания
сопрягаемых поверхностей является одной из важных технологических задач.
Показатели качества поверхностного слоя изделий взаимосвязаны, но
недостаточно полно изучены, чтобы обеспечить оптимальные
эксплуатационные показатели выпускаемых изделий. Например, выбор минимальных
значений параметра шероховатости необходимо проводить с учетом
допуска на размер и форму обрабатываемой поверхности. Ориентировочно
данную взаимосвязь можно оценить по табл. 2.15.
J
#*ь
X
$ььш
h
'*
I
1л
*"Л4Лл
h
%
■
^IfcWtf
vl***
Ц&
h
'^ЧАл. Khj£^^
l
h
Рис. 2.66. Схема метода условного разделения макрогеометрических
и микрогеометрических отклонений на плоских поверхностях
158
Таблица 2.15
Квалитет
точности
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
ГТ10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
IT17
Допуск формы,
%, по допускам
размера
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100; 60
40
25
100; 60
40
25
100; 60
40
25
100; 60
40
100; 60
40
100; 60
40
Ra, мкм, не более, при номинальных
размерах, мм
до 18
0,2
0,1
0,05
0,4
0,2
0,1
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0.8
3,2
1,6
0,8
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
12,5
12,5
25
25
свыше 18
до 50
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
25
12,5
50
25
свыше 50
до 120
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
6,3
3,2
1.6
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
3,2
25
12,5
50
25
100
50
свыше 120
до 500
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
3,2
3,2
1,6
6,3
6,3
3,2
6,3
6,3
3,2
12,5
6,3
3,2
25
12,5
50
25
100
50
Волнистость поверхности изделия
Волнистость поверхности — совокупность периодических
неровностей с относительно большими шагами, рассматриваемых на участке, длина
которого превышает нормализованную базовую длину, установленную для
измерения шероховатости поверхности.
159
Рис. 2.67. Параметры волнистости поверхности
У изделий круглого сечения к волнистостям относят отклонения, шаг
которых в радиальном сечении меньше 1/15 окружности. Параметрами
оценки волнистости является высота волнистости W„ наибольшая высота
волнистости Wma)i и средний шаг волнистости Sw и т.д. (рис. 2.67).
Волнистость бывает поперечная и продольная, оценку производят в
направлении наибольшего значения волнистости.
Высоту волнистости Wz оценивают как среднее арифметическое
значение из пяти значений наиболее характерных высот неровностей:
где #0-5) — расстояние между высшей и низшей соседними точками одной
полной волны в пределах отдельного участка длиной Lw^5), измеренного в
направлении, перпендикулярном средней линии. Отдельные участки для
измерения W^5) равны между собой, т. е. LwX = Lw2 = Lw3 = L^ = Lw5.
Для оценки наиболее характерных высот волнистости допускается
непоследовательное расположение участков измерения.
Наибольшая высота волнистости ^тах — расстояние между высшей и
низшей точками профиля волнистости в пределах отдельных участков
измерений от Lw\ до Lw5, измеренное на одной (полной) волне.
Средний шаг волнистости Sw — среднее арифметическое значение длин
отрезков средней линии Swi, последовательно расположенных в пределах
длины участка измерения и ограниченных точками пересечения с соседними
участками измеренного профиля волнистости, имеющими производную
одного знака:
Образование волнистости на обрабатываемых поверхностях деталей
обусловлено возникновением вынужденных колебаний технологической
160
системы. Высота и шаг волнистости зависит от метода обработки,
кинематики, перемещений режущего инструмента, его жесткости, режимов
обработки, состояния поверхностного слоя обрабатываемых поверхностей
заготовки, условий механической обработки. Например, на продольную
волнистость оказывают наибольшее влияние вибрации технологической системы,
а на поперечную — износ инструмента, неравномерность подачи, качество
правки шлифовального круга и т. д.
Форма волнистости описывается в большинстве случаев частью элип-
соида и в зависимости от условий обработки поверхности может быть
сплошной, кольцевой, винтовой, прерывистой или комбинированной.
Волнистость поверхности определяется в нормальном сечении.
Специальными приборами: волномеры, волнографы, интерферометры и про-
филографы-профилометры. Наиболее широкими возможностями для
оценки волнистости поверхности обладают профилографы-профиломет-
ры, в которых микропроцессоры, отфильтровывая шероховатость
поверхности, получают волнограмму исследуемого профиля. На
цилиндрических поверхностях волнистость можно измерить с помощью кругломе-
ров, записывающих волнограмму, называемую круглограммои, в
полярных координатах.
Параметры оценки волнистости в России пока не стандартизованы.
Поэтому целесообразно использовать рекомендации Института
машиноведения РАН, которые разделяют волнистость на 9 классов:
Высота волны, мкм 1 2 4 8 16 32 64 125 250
Класс волнистости I II III IV V VI VII VIII IX
На практике часто используют различные отраслевые стандарты и
рекомендации. Поэтому указывая параметр волнистости приходится
оговаривать методику ее оценки.
Учитывая разнообразие подходов к оценке волнистости целесообразно
использовать стандартизованную методику оценки параметров
шероховатости поверхности. Согласно интернациональных стандартов ISO 1302 и
ISO 4287 обозначения и оценка параметров волнистости аналогичны
параметрам шероховатости. Например, параметры шероховатости имеют индекс
R (Ra, Rz, Rq и т.д.), а параметры волнистости W (и аналогичные обозначения
Wa, Wz, ^ит.д.)
Шероховатость поверхности изделия
Реальная поверхность всегда шероховата независимо от способа ее
получения.
Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей с
относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали
(заготовки) и выделенную на определенной (базовой) длине. Не следует
применять термин «чистота» поверхности или «величина шероховатости», по-
161
скольку ГОСТом определены параметры шероховатости, то следует
оценивать параметр шероховатости. Неровности поверхности нормируются
геометрическими параметрами. В мировой практике разработано около 50
различных параметров, но наиболее широкое практическое применение
находят шесть из них:
• три вертикальных параметра:
Ra — среднее арифметическое отклонение профиля;
Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам;
^тах — наибольшая высота профиля;
• два горизонтальных параметра:
S — средний шаг местных выступов профиля;
Sm — средний шаг неровностей профиля;
• один комплексный параметр:
tp — относительная опорная длина профиля.
Существует несколько систем определения числовых значений
параметров шероховатости поверхности — система средней линии (система М),
огибающей линии (система Е) и др.
При определении числовых значений параметров шероховатости по
системе средней линии отсчет производится от единой базы, за которую
принята средняя линия профиля т.
Средняя линия профиля т — базовая линия, имеющая форму
номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее
квадратическое отклонение профиля от этой линии минимально.
При ручной обработке профилограмм допускается приближенное
определение направления средней линии. В этом случае средняя линия
проводится так, чтобы площади, расположенные по обоим сторонам от нее до
контура профиля были равны между собой, т. е. F\ + F3 + ...+ F^\ = F2 +
+ F4+ ...+ F„ (рис. 2.68).
Базовая длина 1 — длина средней линии профиля, используемая для
выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.
Таким образом, оценку величины параметра шероховатости
поверхности проводят по средней линии профиля на определенной базовой длине.
Учитывая рассеяние показаний контрольных приборов и неоднородность
строения неровностей, целесообразно при оценке значения параметра
шероховатости брать несколько базовых длин. Результатом измерения будет
являться среднее арифметическое из ре-
► зультатов измерения каждого участка
j1 if3 ж ^}~г на базовой длине /.
Ж . ^L ^Ь т Рассмотрим основные, нормируе-
/ттЯг^^^^^Ш^^И^Ит мые ГОСТом, параметры шероховатости
F2 ^-f„ ^ w \ для оценки неровностей поверхности.
" Среднее арифметическое откло-
Рис. 2.68. Определение положения нение профиля Ra — среднее арифме-
средней линии т на базовой длине / тическое абсолютных значений откло-
162
нения профиля в пределах базовой длины (рис. 2.69, а).
Ra =yfbl^ ИЛИ
' О
d ..bil + b2l+- + bB| .,1ук.|
где у — отклонение профиля, определяемое расстоянием между любой
точкой профиля и средней линией; / — базовая длина; п — число выбранных
точек на базовой длине.
Предпочтительно выбирать значение параметра Ra по табл. 2.16.
Таблица 2.16
Класс
Ra, мкм
1
50
2
25
3
12,5
4
6,3
5
3,2
6
1,6
7
0,8
8
0,4
9
0,2
10
0,1
11
0,05
12
13
14
0,025 0,012 0,008
Использование параметра шероховатости Ra наиболее распространенное
и предпочтительное, но не всегда достаточное.
Высота неровностей профиля по
десяти точкам Rz — сумма средних
абсолютных значений высот пяти
наибольших выступов профиля и глубин
пяти наибольших впадин профиля в
пределах базовой длины (рис. 2.69, б):
5 5
ZW+Zl^
R,
1=1
/=1
где ypi — высоты г-го наибольшего
выступа профиля; yvi — глубина i-й
наибольшей впадины профиля.
Для удобства расчета
эквидистантной линии на любом выбранном
расстоянии проводят линию (отрезок прямой),
от которой откладывают значения высот.
При этом необходимость в абсолютных
величинах отпадает (рис. 2.69, в):
, + й.
R, =
_ "lmax +"2max +-
'5 max
Л,
min
5
z
_ 1=1
"2 min
5
"imax
5
+ ...
5
-z
1=1
+
h ■
"5 mm _
"t min
Рис. 2.69. Оценка вертикальных
параметров шероховатости поверхности:
а — среднего арифметического
отклонения профиля; б, в — высоты неровностей
профиля по 10-ти точкам; г —
наибольшей высоты неровностей профиля
163
где himax и himm — ординаты соответственно пяти наивысших и пяти
наинизших точек от отрезка прямой (в пределах базовой длины), измеренные от
линии эквидистантной средней линии и не пересекающую профиль.
Соотношение между Ra и Rz имеет значительные колебания, т. е.
Rz = (6-\2)Ra, только в тех случаях, когда неровности могут принимать
значения Rz = 4Ra. Весь диапазон значений Rz практически не используется.
Целесообразно использовать параметр Rz при оценке самых малых (менее
0,1 мкм) и самых больших (более 10 мкм) значений неровностей.
Наибольшая высота неровностей профиля Rmm — расстояние между
линией выступов профиля и линий впадин профиля в пределах базовой
длины (рис. 2.69, г).
Линией выступов профиля — линия, эквидистантная средней линии,
проходящей через высшую точку профиля в пределах базовой длины.
Линией впадин профиля — линия, эквидистантная средней линии, проходящей
через низшую точку профиля в пределах базовой длины. Значения RmaK
имеют большой диапазон — 0,025... 1600 мкм.
Между параметрами шероховатости существуют корреляционные
связи. Например, при точении, фрезеровании, строгании, шлифовании и
суперфинише Ra &Rz/5 «/?max/6; полировании и притирке Ra &Rz/4 «7?max/5; при
остальных методах обработки Ra «7?z/5,5 «RmaJl.
Средний шаг местных выступов профиля S — среднее значение шагов
местных выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины:
c_s]+s2+... + s„
в) Линия впадин
Рис. 2.70. Оценка горизонтальных
параметров шероховатости
поверхности S (a), Sm (б) и комплексного
параметра tp (в)
164
Количество выбранных значений
шагов не оговаривается (рис. 2.70, а).
Выбирают среднее значение длин
отрезков средней линии между
проекциями на эту линию двух наивысших
соседних выступов профиля:
S = 0,002... 12,5 мм.
Шаг неровностей профиля Sm —
отрезок средней линии профиля,
содержащий неровность профиля в пределах
базовой длины (рис. 2.70, б). Для
определения Sm берут среднее значение длин
отрезков средней линии, пересекающих
профиль в трех соседних точках и
ограниченных двумя крайними точками,
т. е. можно выбирать либо все правые,
либо все левые стороны соседних
неровностей и складывать полученные
отрезки средней линии:
Sm = Sml+Sm2+... + Sm„_ Sm= 0,02...12,5 шл.
n
Шаг неровностей фактически оценивает длину волны
микронеровностей. Метод обработки обеспечивает определенную связь между шагом
(длиной волны) и высотой неровностей. Например, форма резца, подача и
глубина резания вызывают определенное чередование микронеровностей.
Грубая обработка поверхностей сопровождается получением
неровностей с большим шагом.
Относительную опорную длину профиля условно относим к
комплексным параметрам.
Относительная опорная длина профиля tp — отношение опорной длины
профиля г\р к базовой длине /:
t =X
р I
Опорная длина профиля г\р — сумма длин отрезков, отсекаемых на
заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии
в пределах базовой длины:
п
i=\
п
На рис. 2.70, в представлена схема оценки относительной опорной
длины профиля tp, где р — уровень сечения профиля, т. е. расстояние между
линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль
эквидистантной линии выступов профиля. Значение уровня сечения профиля
нормируется в процентах от Rma)i, а значение tp — от базовой длины. При
равномерном изменении уровня сечения от 0 до 100 % относительная опорная длина
tp будет тоже изменятся от 0 до 100 %, в результате чего получится кривая,
отображающая зависимость относительной опорной длины от уровня
сечения профиля (кривая Аббота или график опорных кривых). Эта кривая в
определенной степени может характеризовать несущую способность и
износостойкость поверхности.
Учитывая характер опорных кривых можно рассматривать вопрос о
несущей способности поверхности или степени ее приработки,
износостойкости и т. д. (рис. 2.71).
Если провести среднюю линию профиля и рассматривать число
пересечений кривой со средней линией (эквидистантных линий), то получим число
пересечений К, т. е. частоту отдельных неровностей на отрезке базовой
длины (рис. 2.72).
165
Iliilill
50%
100%
fil
!:Щ!:Ш:!:1:Ш:!:ЩЭШШ!Ш
ь„
««ШНа
sjjJSitjiKsjii)
9jij9Sagp,y
ШШШШ
швввшШ
2ь
"""Ч-
\
X
1
6)
Рис. 2.71. Возможные формы опорной поверхности в зависимости
от неровности профиля
Построив кривую относительно средней линии, можно заметить, как
изменяется распределение числа К в зависимости от расстояния от средней линии.
Анализ геометрических параметров шероховатости поверхности
показывает, что в случае, когда они подчиняются закону нормального
распределения (или другим законам распределения) можно получить, например,
вероятность распределения шагов
неровностей или распределения любых
других параметров шероховатости (см.
рис. 2.72).
Разнообразие форм и методов
обработки профилограмм исследуемых
поверхностей изделий обусловлено
необходимостью получения наиболее
т
Линия выступов
Линия впадин
Рис. 2.72. Анализ геометрических
параметров шероховатости поверхности
166
объективной информации о распределении микронеровностей и
эксплуатационных возможностях рабочих поверхностей. Характер распределения
неровностей является одним из оснований для выбора метода обработки данной
поверхности заготовки. Направление неровностей также оказывает влияние на
эксплуатационные характеристики изделия (табл. 2.17). Оценить
шероховатость поверхности и ее эксплуатационные свойства одним параметром трудно,
поэтому в процессе исследований, кроме основных параметров, используют
дополнительные параметры шероховатости, которые позволяют более полно
установить их взаимосвязи с эксплуатационными возможностями изделий.
Таблица 2.17
Направление неровности
Схематическое
изображение неровности
Условные знаки
направления неровности
Параллельное
Перпендикулярное
Перекрещивающееся
Произвольное
Кругообразное
Радиальное
дадая*?:
^>^*Э'!
Поэтому кроме перечисленных ранее шести параметров ГОСТом
предусмотрено применение дополнительных параметров, Rq, Aq и др.
В 2002 г. были внесены изменения в ГОСТ на обозначение
шероховатости поверхности, принятые Международным советом по стандартизации,
метрологии и сертификации, которые полностью соответствуют ISO 1302.
Согласно данному межгосударственному стандарту структура обозначения
шероховатости должна соответствовать рис. 2.73, а. В обозначении шерохо-
ватости поверхности применяют один из знаков
следующие размеры
которые имеют
причем высота h должна быть
приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Вы-
167
сота Н = (l,5...5)h. Толщина линий знаков должна быть равна половине
толщины сплошной основной линии (применяемой на чертеже).
Значение параметра шероховатости указывают в обозначении
шероховатости после соответствующего символа, например: Ral,25; Rz6,3; /?max50;
Sm0,63; 50,032; t50S0.
При указании диапазона значений параметра шероховатости
поверхности в обозначении шероховатости приводятся пределы значений параметра,
размещая их в две строки, например Ra ^6. При указании номинального
значения могут приводиться значения с предельными отклонениями, например
t50S0 ± 10 % (fp = 70 %, р = 50 %).
При указании двух и более параметров шероховатости значение
параметров записывают сверху вниз в следующем порядке: Ra, Sa затем tp (рис. 2.73, б).
Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости (рис. 2.73, в).
Обозначения шероховатости располагают относительно основной подписи
чертежа как показано на рис. 2.73, г. При указании одинаковой
шероховатости для всех поверхностей изделия обозначение величины параметра
шероховатости наносится в правом верхнем углу чертежа и на изображение не
наносится (рис. 2.73, е). Размеры и толщина линий в этом случае, примерно
в 1,5 раза больше, чем на изображении.
Яа0,1
0.8/Sm °;«
0,3/f5080+5%
б)
vU^
Полировать
\Л= \/M0,6/Ra0,32
»,8
Г_ * / Ra0,!
Vb~ V 2,5Л5080
в)
з)
vG
25
5...10
в)
V^25 (V)
ж)
з)
Рис. 2.73. Примеры обозначения параметров шероховатости поверхности
по ISO 1302
168
При указании одинаковой шероховатости изделия для части
поверхностей изделия (рис. 2.73, ж) добавляется обозначение одинаковой
шероховатости и условное обозначение V. Если часть поверхностей по данному
чертежу не обрабатываются, то перед условным обозначением одинаковой
шероховатости v помещается знак V (рис. 2.73, з).
Кроме установленных ГОСТами параметров шероховатости используют
десятки других параметров, которые после их практической апробации
постепенно включают в государственные стандарты. Например, радиус
закругления вершины микронеровностей гь оказывает влияние на износ со-
прикосаемых поверхностей, а отношение rb/Rmm определяет фактическую
площадь касания контактирующих поверхностей и т. д.
На чертежах деталей параметры шероховатости обозначают одним из
четырех знаков. Знак означает, что требования к виду обработки не
установлены. Знак . означает, что обработка должна вестись с удалением слоя
металла. Знак V используют для указания на то, что поверхность была
образована без удаления слоя металла или она вообще не должна обрабатываться.
В большинстве случаев пока используют одно значение параметра в
основном из-за того, что разработчики не имеют достаточных данных по
определению оптимальных значений большинства параметров шероховатости.
Научные и экспериментальные работы в этой области знаний в скором
будущем позволят ближе подойти к решению этой задачи, что будет
способствовать повышению качества производства изделий.
В России стандартизованы 6 параметров (Ra, Rz, Rmm, S, Sm и tp), в
Италии и Австрии, Испании — 7, США и Великобритании — 2, в Японии — 1,
во Франции и Швейцарии — 10, однако параметр шероховатости Ra —
стандартизован практически во всех странах. На втором месте «по
признанию» можно поставить параметры R^ и Rz.
2.4.3. Влияние шероховатости поверхностного слоя
на эксплуатационные характеристики изделий
Параметр шероховатости оказывает влияние на износостойкость
коэффициент трения, сопротивление схватыванию, усталостную прочность,
коррозионную стойкость, контактную жесткость, надежность заданных
посадок, обтекаемость газами и жидкостями, теплоотражение, нагарообразова-
ние и др.
Рассмотрим влияние параметра шероховатости на некоторые из них.
Износостойкость является одной из наиболее важных
эксплуатационных характеристик изделий. Износ рабочих поверхностей деталей в узле
приводит к потере заданных зазоров в сопряжениях, потери точности,
увеличению динамических нагрузок и повышению шума и является основной
причиной выхода из строя большинства деталей и узлов. Износостойкость
характеризуется способностью поверхностных слоев деталей сопротивлять-
169
ся разрушению при трении (скольжения, качения), микроперемещениях,
обусловленных воздействием вибраций (фреттинг-процесс).
Производственные испытания износостойкости показали, что кривая
износа часто не имеет выраженного перехода от приработки к нормальному
износу. Постепенно по мере износа в работу вступают новые физико-
механические свойства, что может привести к значительному отклонению
кривой износа. Образование равновесного состояния поверхностного слоя
определяет завершение процесса приработки, который зависит от
конфигурации соединения. Например, у цилиндрических зубчатых зацеплений
постоянное увеличение номинальной площади контакта приводит к
уменьшению фактического давления, и как следствие к постепенному уменьшению
интенсивности износа контактирующих поверхностей. Наличие
погрешности формы, волнистости, шероховатости, микротвердости и остаточных
напряжений, обусловленных конкретными технологиями их изготовления,
приводит к значительным изменениям классической кривой износа.
Одним из основных условий надежной и долговечной работы машин
является обеспечение в процессе технологической обработки поверхностей
трения деталей машин таких параметров микрогеометрии, которые были бы
близки к параметрам равновесной шероховатости, т. е. шероховатости
приработанных поверхностей. При этом физико-механические свойства тонкого
поверхностного слоя также должны быть близки или равны свойствам
приработанных поверхностей. Обеспечение указанных характеристик
поверхностного слоя приводит к резкому снижению приработочного износа.
Шероховатость сопрягаемых деталей должна быть оптимальной. С
уменьшением значения параметра шероховатости далеко не всегда срок
службы изделий увеличивается. Например, для того чтобы собрать
концевые меры длины (КМД), достаточно
незначительного их трения между собой,
при этом усилие сдвига составит 80 Н, а
сопротивляемость отрыва 400 Н. Если
такими же сделать такую пару деталей
как гильза цилиндра и поршневые
кольца двигателя внутреннего сгорания
(ДВС), то схватывание их между собой
приведет к задирам цилиндра, так как на
полированной поверхности с очень
низким значением параметра
шероховатости (Ra) не задерживается смазка.
Следует учитывать, что обычно смазываются
девять из десяти пар трения. Наличие
масляных карманов является
необходимым условием их работоспособности
(рис. 2.74). Кроме того, величина, форма
и направление неровностей взаимосвя-
10 20 30 40 50 60
Площадь масляных канавок, %
Рис. 2.74. Оценка качественного
влияния площади масляных канавок
на износ:
/ — износ поршневых колец ДВС; 2 —
износ гильзы цилиндра ДВС
170
заны между собой. На практике выполнить заданное направление
неровностей в сопрягаемых деталях технологически не просто из-за ограниченных
возможностей методов обработки.
Например, при обработке отверстий точением и шлифованием при
определенных условиях можно получить винтовую линию, хонингованием
можно обеспечить сетку на поверхности детали, а протягиванием или
прошиванием неровности будут расположены параллельно оси отверстия.
Таким образом, кинематика применяемого метода обработки достаточно
ограничена. Например, при точении заготовка вращается, инструмент
перемещается вдоль оси, при протягивании заготовка неподвижна, инструмент
перемещается вдоль оси, при хонинговании при неподвижной заготовке
абразивный брусок совершает вращательное и возвратно-поступательное
движение, т. е. направление неровностей определяется методом обработки.
Усложнение движения инструмента относительно заготовки и
комбинирование методов обработки не только интенсифицирует процесс обработки, но и
уменьшает высоту микронеровностей, изменяет их форму и направление.
В частности на этом основаны процессы выброобкатывания,
деформирующего и деформирующе-режущего протягивания, суперфиниширования и
лаппингования (лаппингование — от англ. lapping — полирование, притирка).
Вибрационное обкатывание алмазным наконечником позволяет
образовать нужный рисунок масляных канавок глубиной 2...3 мкм, что значительно
снижает износ сопрягаемых деталей. Обеспечение оптимальной величины,
занимаемой площадью масляных канавок, их форма и направление
являются важной задачей решаемой путем разработки новых и совершенствования
существующих методов обработки.
Увеличение значения параметра шероховатости (в дальнейшем будем
рассматривать влияние вертикальных параметров шероховатости) по
сравнению с оптимальным значением повышает износ из-за возрастания
механического зацепления, связанного со
скалыванием, срезом и возникновением новых неровностей.
Выбор параметра шероховатости также важен,
как и его значение (рис. 2.75). Например,
установленный на валу 1 сальник 3 будет пропускать
масло, если не указать значение допустимого
параметра Rmax, так как при оценке параметра Ra
выбирают только характерные неровности, риска
учтена не будет, а именно через нее может
пройти масло. Кроме того, необходимо указать
направление шероховатости, так как риска 2,
расположенная параллельно оси вала, будет оказывать
наиболее существенное влияние на
работоспособность узла. Таким образом, место установки
сальника должно быть оговорено. Например,
следующим образом:
Рис. 2.75. Влияние
направления
микронеровностей на эффективность
работы сальника:
/ — вал; 2 — риски; 3 —
сальник
171
выглаживать
^ = V-L 2,5/^1,2.
Влияние направления неровностей на износостойкость зависит от
значений параметров шероховатости и условий трения. В большинстве случаев
при малом значении параметров шероховатости влияние направления рисок
уменьшается, однако следует учитывать конкретные условия работы
деталей в узле. Коэффициент трения тоже зависит от направления неровностей и
значения параметра шероховатости. При перпендикулярном направлении
неровностей к движению трущихся поверхностей коэффициент трения
возрастает. При проектировании изделий одной из важных задач является
выбор значения параметров шероховатости и их направления с учетом
достижения наименьшего износа и коэффициента трения.
Значение параметра шероховатости оказывает влияние и на
усталостную прочность деталей. Усталостная прочность (сопротивление усталости)
деталей машин — способность сопротивляться разрушению под действием
знакопеременных нагрузок. Очаги разрушения зарождаются на поверхности
металлических деталей и определяются состоянием поверхностного слоя.
Кроме шероховатости на них оказывают влияние микротвердость и
остаточные напряжения поверхностных слоев сопряжений. Увеличение
значения параметра шероховатости Rmax приводит к уменьшению предела
выносливости материала детали, так как риски, образованные шероховатостью
поверхности, являются концентраторами напряжений.
Кроме того, значение параметра шероховатости оказывает влияние и на
контактную жесткость, JK, которая определяет способность контактируемых
поверхностных слоев деталей сопротивляться действию сил, стремящихся
их сдеформировать. Контактную жесткость можно оценить по формуле
Р
I - уд
K~Y '
к.п
где Руд — удельная нагрузка (нагрузка, приходящаяся на геометрическую
площадь контакта); Ук.п — контактные перемещения.
Контактные перемещения оказывают значительное влияние на упругие
перемещения деталей в узлах, в некоторых случаях они составляют до 90 %
общих перемещений.
Фактическая площадь контакта FK
состоит из площадок контакта отдельных пар
выступов сопряженных поверхностей, сумма
которых представляет собой контурную
(суммарную) площадь контакта £FK (рис. 2.76).
Шероховатость рабочих поверхностей
деталей оказывает влияние на надежность
посадок с натягом и зазором. Под прочностью по-
Рис. 2.76. Схема контакта по- садок с натягом следует понимать способность
верхностей деталей машин передавать крутящий момент и осевые нагруз-
172
ки без взаимного проскальзывания. При расчете гарантированного натяга
необходимо учитывать как значение параметра шероховатости, так и физико-
механические свойства сопрягаемых поверхностей.
Посадки с натягом должны передавать крутящий момент и осевые
нагрузки без взаимного проскальзывания сопрягаемых изделий. Прочность
посадок с натягом зависит от физико-механических свойств поверхностного
слоя сопрягаемых изделий и геометрических характеристик сопрягаемых
поверхностей (в частности от параметров шероховатости RmaK, Ra).
Следует учитывать, что значение параметра шероховатости оказывает
влияние и на коррозионную стойкость изделий. Коррозионная стойкость —
способность поверхностных слоев деталей сопротивляться разрушающему
действию внешней среды. Потери в массе металла ДМ в результате
коррозии определяют по формуле
ДМ = qF^,
где q — удельная активность поверхности; F$ — фактическая площадь детали.
Удельная активность — свойство физико-химического состояния
поверхностного слоя детали и окружающей среды. Фактическую площадь
поверхности детали следует определять с учетом погрешности формы,
волнистости и шероховатости, т. е. всей фактической поверхности соприкасаемои
с окружающей средой.
Кроме значения параметра шероховатости на эксплуатационные
свойства изделий оказывают влияние и другие качественные показатели
поверхностного слоя изделий (табл. 2.18). Таким образом, показатели качества
поверхностного слоя оказывают существенное влияние на эксплуатационные
возможности изделий.
Таблица 2.18
Эксплуатационное
свойство изделия
Износостойкость
Герметичность
Прочность посадок
Контактная жесткость
Коэффициент трения
Коррозионная
прочность
Усталостная
прочность
Геометрические параметры
макроотклонение
погрешность
формы
+ + + + + 1 1
микроотклонение
волнистость
+ + + + + + 1
шероховатость
+ + + + + + +
Физико-механические
свойства
микротвердость
+ + + + + + +
остаточные
напряжения
+ + + + + + +
Примечание. «+» наличие влияния качества поверхностного слоя;
«-» отсутствие влияния.
173
2.4.4. Влияние технологических факторов
на значение параметров шероховатости
С повышением требований к качеству поверхностного слоя
себестоимость обработки значительно возрастает, что подтверждает, в частности,
зависимость влияния значения параметра шероховатости Ra на
себестоимость обработки, представленная на рис. 2.77.
На значение параметров шероховатости оказывают влияние метод
обработки, свойства обрабатываемого материала, геометрия режущей кромки-
инструмента, режимы резания и другие факторы. Выбор метода обработки
является одной из наиболее сложных задач проектирования
технологического процесса, так как каждый из них имеет свои особенности.
Рассмотрим влияние различных технологических факторов на значение
параметров шероховатости на примере шлифования. Значение параметра
шероховатости зависит от большого количества различных факторов и в
первую очередь к ним относятся:
удельный съем металла — произведение круговой подачи, подачи на
глубину и продольной подачи на один оборот детали. С увеличением
удельного съема металла натяг в системе возрастает, а вместе с ним возрастает и
глубина внедрения абразивного зерна в обрабатываемую поверхность.
Увеличение удельного съема металла вызывает возрастание высоты
микронеровностей;
окружная скорость круга. С увеличением скорости возрастает
количество абразивных зерен, участвующих в шлифовании в единицу времени, что
приводит к уменьшению глубины врезания и снижению высоты
неровностей профиля;
жесткость технологической системы. С уменьшением жесткости
возрастает высота неровностей профиля;
время выхаживания. При выхаживании технологическая система
испытывает малые нагрузки. Натяг уменьшается, а вместе с ним и глубина внедрения
абразивных зерен в обрабатываемую поверхность. Уменьшение глубины
внедрения зерен обеспечивает уменьшение высоты неровностей профиля;
зернистость круга. С уменьшением
размеров абразивных зерен высота неровностей
профиля снижается;
режим правки круга. С уменьшением
продольной подачи алмаза на один оборот круга (в
пределах размера абразивного зерна) снижается
высота неровностей профиля;
время работы круга после правки. Высота
~r^ неровностей профиля повышается за период
Рис. 2.77. Влияние значения стойкости круга (возрастает амплитуда автоко-
параметра шероховатости на лебаний притупления круга и неоднородность
себестоимость обработки его изнашивания);
174
твердость круга. Высота неровностей профиля в известном диапазоне
твердостей снижается с увеличением твердости круга;
материал связки круга. Круги на вулканитовой и бакелитовой связке
обеспечивают более низкую высоту неровностей профиля, чем круги на
керамической связке;
свойства СОЖ. Применение масла и масляных эмульсий вместо водно-
химических растворов снижает высоту неровностей профиля. Твердые
наполнители (сера, парафин и др.) в самом круге также способствуют
снижению шероховатости;
свойства обрабатываемого металла. С уменьшением твердости высота
неровностей профиля черных металлов возрастает.
Физико-механические свойства обрабатываемого материала могут
выражаться его способностью деформироваться в процессе срезания стружки
зерном и проявлением сил внешнего кинематического трения между
элементами рабочей поверхности круга и поверхностью обрабатываемого
металла. Пластические и прочностные свойства материала оказывают
существенное влияние на процесс доводки. Например, при доводке стали ШХ15
в отоженном состоянии высота неровностей профиля будет значительно
выше, чем при обработке той же стали в закаленном состоянии. В тоже
время химический состав, прочностные свойства различных закаленных
сталей уже не оказывают существенного влияния на значение параметра
шероховатости. Каждый метод обработки имеет свои особенности при
достижении высоких качественных показателей обрабатываемых
поверхностей.
При токарной обработке значение вертикальных параметров
шероховатости поверхности снижается с уменьшением углов в плане и увеличивается
с увеличением радиуса закругления при вершине резца. Износ и наростооб-
разование на режущей кромке резца увеличивает высоту неровностей
профиля на 50 % и более. При протягивании можно комбинировать методы
обработки резанием и выглаживания гребешков микронеровностей, что
значительно повышает качество обработки. Поэтому следует учитывать
технологические возможности методов обработки для обеспечения
заданных параметров, обеспечивающих наиболее благоприятные условия работы
деталей в узле. В тоже время необходимо учитывать рекомендуемые
значения параметра шероховатости для каждой рабочей поверхности.
Усредненные значения параметров шероховатости при обработке конструкционных
сталей приведены в табл. 2.19.
Некоторые рекомендуемые значения параметра шероховатости Ra
рабочих поверхностей изделий представлены в табл. 2.20.
Выбор требований к параметру шероховатости поверхности должен
быть основан на знании связи параметров шероховатости и с
эксплуатационными свойствами изделия. Зависимости некоторых
эксплуатационных свойств изделий от параметров шероховатости представлены в
табл. 2.21.
175
Таблица 2.19
Метод
обработки
Точение
(растачивание)
Фрезерование
Шлифование
Алмазное
выглаживание
Раскатка
Параметр шероховатости
Ra
10-0,63
10-0,32
1,25-0,08
0,63-0,04
1,25-0,2
R*
40-3,2
40-1,6
6,3-0,4
3,2-0,2
6,3-0,8
^max
50-5,0
50-0,5
20-0,5
8,0-0,2
8,0-1,0
S
0,3-0,04
0,8-0,02
0,04-0,01
0,08-0,04
0,1-0,06
sm
0,3-0,04
0,8-0,02
0,04-0,01
0,16-0,08
0,2-0,1
tp, %
30-2
10-1
20-1
60-12
85-75
Таблица 2.20
Рабочая поверхность изделия
Шейка вала под зубчатые колеса
Базовые отверстия зубчатых колес
Шейки валов под подшипники качения
Боковые поверхности зубьев колес
Шейки валов под подшипники скольжения
Поршневой палец (наружная поверхность)
Плунжерные пары
Рекомендуемое значение
параметра шероховатости Ra, мкм
1,25
1,25
0,8
0,63
0,32
0,25
0,08
Таблица 2.21
Эксплутационное свойство
изделий
Точность размера
Износостойкость при трении без
смазки
Износостойкость при жидкостной
смазке
Герметичность
Сопротивление усталости
Площадь контакта
Прочность посадок
Контактная жесткость
Параметр шероховатости
Ra
+
+
-
+
+
+
+
+
Rz
+
+
-
+
+
+
+
+
-*^max
+
+
+
+
-
+
+
+
S
-
+
-
+
-
+
-
+
^>m
-
+
+
+
+
+
+
+
h
-
+
-
+
-
+
+
+
направление
неровностей
-
+
+
+
+
+
+
+
Выбор параметров шероховатости и их число обусловлено главным
образом практической необходимостью и наличием средств измерения. Не
следует вносить в чертежи все параметры влияющие на эксплуатационные
свойства изделий, так как для различных методов обработки существуют
определенные зависимости между параметрами шероховатости. Задавая
одни из важнейших параметров, тем самым задают и другие параметры,
влияние которых на эксплуатационные характеристики изделия меньше.
176
Например, параметр tp достаточно полно описывает форму неровностей
профиля, что позволяет нормировать многие важнейшие эксплуатационные
свойства поверхности изделия, зависящие от высотных свойств профиля и
определяемые формой неровностей. Этот параметр содержит наибольшую
информацию о высотных свойствах профиля, так как он аналогичен
функции распределения.
Необходимо учитывать не только технологические возможности
производства, практическую необходимость, но и наличие средств измерения
задаваемых параметров шероховатости.
2.4.5. Физико-механическое состояние поверхностного слоя изделий
В исходном состоянии металл характеризуется: химическим составом,
макро- и микроструктурой, расположением волокон, твердостью и
остаточными напряжениями.
В процессе механической обработки заготовки подвергаются резанию и
пластической деформации. Под влиянием температурных воздействий и
пластических деформаций во время обработки в них происходят
структурные изменения. Наиболее значительным изменениям подвергаются вязкие
металлы. Следует различать вязкость и пластичность.
Пластичность оценивают степенью остаточных деформаций, а вязкость —
работой, которую необходимо выполнить для достижения определенной
степени остаточных деформаций.
Физико-механическими показателями поверхностного слоя изделия
являются:
глубина упрочненного (наклепанного) слоя hH;
степень упрочнения (наклепа) поверхностного АЯ, определяется по
формуле
АН = Ну~Нуо-100%,
где Hv — наибольшая микротвердость наклепанного слоя; Ню —
микротвердость основного материала (сердцевины);
ориентация (текстура) деформированных зерен, изменение их формы и
размеров (обычно вытянуты в направлении движения обрабатываемого
инструмента);
наличие в металле макро- и микротрещин;
величина, характер распределения и знак остаточных напряжений,
действующих в поверхностном слое детали;
макроструктура поверхностного слоя детали;
микроструктура поверхностного слоя детали.
Упрочнение (наклеп) заготовок обычно значительно повышает
эксплуатационные свойства деталей, поэтому ему уделяется особое внимание.
177
Рис. 2.78. Распределение металла,
упрочненного в процессе резания
Следует учитывать, что структурные
составляющие стали неодинаково
воспринимают процесс упрочнения.
Например, с уменьшением твердости
стали, глубина наклепа возрастает.
Степень и глубина наклепа зависят от
свойств обрабатываемого материала,
температуры, угла и усилий резания,
величины пластической зоны и метода
обработки (рис. 2.78). Влияние радиуса
округления режущей кромки резца R на упрочнение поверхностного слоя
металла Ну представлен на рис. 2.79.
Увеличение силы резания и степени пластической деформации
способствует образованию наклепа и остаточных напряжений сжатия. Повышение
скорости резания и продолжительности теплового воздействия на
обрабатываемую поверхность снижает наклеп и приводит к образованию напряжений
растяжения. С увеличением глубины резания, подачи и уменьшением
переднего угла до отрицательного значения увеличивается глубина и степень
наклепа.
Наружные слои металла подвергаются наибольшей пластической
деформации. С увеличением глубины поверхностного слоя степень
пластической деформации, а следовательно, и микротвердость постепенно
снижаются. На микротвердость поверхностного слоя деталей оказывают
существенное влияние режимы и температура резания, геометрия режущей части
инструмента, жесткость технологической системы и физико-механическое
состояние материала поверхностного слоя заготовки.
Например, при режущем протягивании глубина наклепа составляет
20...70 мкм, при зубофрезеровании 100... 150 мкм, при шевинговании
50...75 мкм. При деформирующей обработке глубина наклепа значительно
увеличивается. Влияние метода обработки на степень и глубину наклепа
представлено в табл. 2.21. Интенсивность распространения наклепа в
значительной степени связана со свойствами обра- hv
батываемого материала и условиями
воздействия на него со стороны инструмента.
Измерение микротвердости
поверхностного слоя проводят на микротвердомере,
принцип работы которого заключается во
вдавливании алмазной трехгранной или
четырехгранной пирамиды (Виккерса) или
царапаньем. Минимальная измеряемая
глубина отпечатка составляет 0,00075 мм,
минимальная ширина канавки и длина отпечатка
0,004 мм. -Верхний предел измеряемой
микротвердости ограничен 7000 Ну.
Рис. 2.79. Зависимость
влияния радиуса округления
режущей кромки резца R на
упрочнение поверхностного
слоя металла Ну
178
Таблица 2.21
Метод обработки
Чистовое точение
Тонкое точение
Фрезерование
Сверление
Протягивание
Зенкерование
Шлифование круглое
Степень наклепанного
слоя
150
180
160
170
200
170
160
Глубина наклепанного
слоя, мкм
50
60
100
200
70
200
60
Упрочненный слой (наклеп) металла распространяется на небольшую
глубину, поэтому для оценки микротвердости применяют значительно
меньшие нагрузки, чем при оценке твердости заготовок (по Бринеллю
или Роквеллу).
Сила, прилагаемая к алмазной пирамиде, составляет 0,05.. .2 Н.
Микротвердость можно измерить при вдавливании или царапании. Для
определения микротвердости поверхность изделия полируется.
Микротвердость поверхностного слоя детали определяют на микротвердомере. Схема
микротвердомера ПМТ-3 представлена на рис. 2.80, а. Прибор имеет две
зоны: зону нагружения А и зону измерения Б.
Перемещение измеряемого образца 1 из одной зоны в другую
осуществляется с помощью поворотного стола 5. В зоне нагружения в поверхность
детали в течение 10... 15 с вдавливается алмазная игла 2 под нагрузкой
25...200 г в зависимости от твердости металла. Алмазная игла имеет форму
четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136°. При вдавливании она
оставляет четырехугольный отпечаток на поверхности изделия 4 (рис. 2.80, б).
После снятия нагрузки деталь отводят в зону измерения, где с помощью
оптического устройства 3 измеряют
диагональ полученного отпечатка. Число
твердости при этом подсчитывается по
формуле
Hv =1,8544-^-,
С2
где Р — нагрузка; С — диагональ
отпечатка.
При определении микротвердости
методом царапанья алмазный
наконечник под определенной нагрузкой
передвигают вдоль поверхности. При этом
на ней остается след в виде царапины,
по ширине которого и судят о величине
Рис. 2.80. Схема микротвердомера
(а) и отпечаток на поверхности
изделия (б):
/ — образец; 2 — алмазная игла; 3 —
оптическое устройство; 4 — отпечаток
иглы на поверхности изделия; 5 —
поворотный стол
179
микротвердости. Глубину наклепа и
распределения микротвердости по
глубине поверхностного слоя определяют в
основном двумя методами.
Первый метод применяют в
случаях, когда исследуемый слой имеет
толщину до 10 мкм. При этом поверхност-
Рис. 2.81. Косой шлиф на поверхно- ные слои металла стравливают с опре-
сти детали деленным интервалом. После каждого
стравливания поверхность тщательно промывают, измеряют величину
снятого слоя, после чего проводят измерение микротвердости. Таким образом,
последовательным травлением слоев возможно определить картину
распределения микротвердости по глубине. Метод стравливания весьма трудоемок
и поэтому, при глубине исследуемого слоя более 10 мкм, рекомендуется
применять второй метод — метод косых шлифов (косого среза).
Косой шлиф (рис. 2.81) под углом 0,5...2,5° у детали получают
притиркой в специальном приспособлении. Притирка осуществляется обычно в 3
этапа: грубая, чистовая и окончательная притирка. Первая выполняется на
чугунной плите с использованием крупно-зернистой пасты ГОИ, две
последующие — с использованием более мелких паст на чугунной (стеклянной)
плите.
После получения косого шлифа деталь устанавливают на стол
микротвердомера, где непосредственно измеряют микротвердость. Наклепанный
слой кончается, когда ряд соседних отпечатков (3...4) имеет одинаковые
диагонали. Глубину наклепанного слоя определяют по формуле
ДА = / sin a,
где / — длина наклепанного слоя по плоскости среза; а — угол косого среза.
Глубину упрочненного (наклепанного) слоя детали, можно определить
рентгеноструктурным анализом.
Остаточные напряжения
В поверхностном слое изделий возникают остаточные (внутренние)
напряжения, характер и распределение которых зависит от технологических
факторов (температуры, скорости резания, материала заготовки и т. д.).
Остаточными напряжениями называют такие напряжения, которые
могут существовать в деталях машин при отсутствии внешних силовых и
температурных воздействий.
Различают остаточные напряжения:
первого рода, которые уравновешиваются в объемах, соизмеримых с
объемом изделия и имеют ориентированное направление;
второго рода, уравновешиваемые в объемах одного порядка с объемом
кристаллитов. Эти напряжения не имеют определенного направления;
180
третьего рода, которые уравновешиваются в объемах одного порядка с
элементарной кристаллической ячейкой.
Остаточные напряжения могут возникать в деталях машин при
различных методах механической, термической и термохимической обработок.
Возникновение остаточных напряжений объясняется следующими
причинами:
неравномерной пластической деформацией поверхностных слоев при
воздействии на них обрабатывающего инструмента;
неравномерным нагревом тонких поверхностных слоев в процессе
механической обработки;
структурными превращениями, возникающими как за счет тепла, так и
за счет пластических деформаций. Различное участие того или иного
фактора в формировании остаточных напряжений предопределяет образование
растягивающих (+а) или сжимающих (-а) напряжений.
Знак остаточных напряжений и глубина их залегания имеют
значительное влияние на эксплуатационные свойства поверхностного слоя.
Рассмотрим характерные случаи образования остаточных напряжений.
При механической обработке наружные слои металла пластически
деформируются, в результате чего его зерна вытягиваются в направлении
наиболее интенсивной деформации. Пластическая деформация поверхностных
слоев и металла вызывает упругую деформацию нижележащих слоев.
При снятии нагрузки упруго деформированный слой стремясь вернутьт
ся в исходное положение, сжимает верхний слой металла, образуя в нем при
этом сжимающие остаточные напряжения (-а).
Если процесс обработки сопровождается образованием значительного
температурного поля, то температура в поверхностных слоях (10...20 мкм)
значительно выше, чем в нижележащих слоях с глубиной залегания
100... 150 мкм. Наружные слои остывают быстрее внутренних и
испытывают со стороны медленно остывающих внутренних слоев напряжения
растяжения.
Если температура обработки превышает температуру фазовых
превращений, то в результате последних происходят объемные изменения структурных
составляющих, которые и предопределяют тот или иной знак остаточных
напряжений.
Распад мартенсита и образование троостита вызывают растягивающие
остаточные напряжения, так как объем мартенсита больше объема троостита.
Поскольку аустенит имеет объем, меньший, чем мартенсит, то его
распад вызывает образование остаточных сжимающих напряжений.
В зависимости от материала, метода обработки и других факторов
кривые остаточных напряжений в поверхностном слое могут быть не только
однозначно сжимающими или растягивающими. Часто кривые остаточных
напряжений меняют свое числовое значение и знак (рис. 2.82).
Измерение остаточных напряжений является одним из самых
трудоемких и технологически сложновыполнимых процессов. Для измерения оста-
181
о,
МПа
ч>
I
о
а:
Л.мкм
Рис. 2.82. Остаточные напряжения
в поверхностном слое деталей,
возникающие после обработки
резанием
точных напряжении первого рода
наибольшее распространение получили два
метода:
механический;
рентгеноструктурный.
Механический метод определения
остаточных напряжений основан на
следующих соображениях. Остаточные
напряжения взаимоуравновешены внутри
тела, т. е. их равнодействующая и момент
в любом сечении тела примерно равны
нулю. При удалении какой-либо части
напряженного тела равновесие в
оставшейся части нарушается. В ней
возникают упругие деформации, если эти деформации измерить, можно определить
остаточные напряжения.
В настоящее время надежная методика определения остаточных
напряжений разработана лишь для тел с простой геометрической формой
(цилиндр, прямоугольный брус и т. д.).
Наибольшее распространение для определения остаточных напряжений
получили методы К. Закса и Н. Н. Давиденкова.
Сущность метода Закса состоит в следующем. Тело вращения, в
котором необходимо определить остаточные напряжения, постепенно
растачивается тонкими слоями. После снятия каждого слоя измеряют величину
изменения длины и диаметра тела. При удалении слоев металла происходит
деформация тела, по величине которой путем математической обработки
судят о значениях остаточных радиальных, осевых и тангенциальных
напряжений.
Недостаток способа Закса состоит в большой трудоемкости, крайней
чувствительности к температурным колебаниям, малых величинах
деформаций, подлежащих измерению. Надежные результаты по способу Закса
можно получить при длине образца в 5.. .6 раз, превышающем диаметр.
Метод Давиденкова основан на измерении деформации изгиба. Для
определения тангенциальных остаточных напряжений кольцо разрезают
по образующей (рис. 2.83), а затем
постепенно стравливают наружный
(внутренний) слой металла. В
зависимости от знака напряжений кольцо
будет сжиматься или раскрываться. По
изменению диаметра или расстояния
между двумя метками А,
предварительно нанесенными на торец кольца,
судят о значениях остаточных
напряжений. Надежные результаты получа-
Рис. 2.83. Схема измерений
деформаций изгиба при оценке
остаточных напряжений
182
ют, если длина кольца не превышает 1/5 диаметра. Для определения
осевых остаточных напряжений из цилиндра вырезают узкие полоски,
параллельные его оси. Постепенно стравливая наружный слой с одной
стороны пластины, определяют образующийся прогиб. По прогибу судят об
осевых остаточных напряжениях.
Радиальные напряжения методом Давиденкова не определяют. Для
определения остаточных напряжений второго и третьего родов (а иногда и
первого) используют метод рентгеноструктурного анализа, который основан
на свойстве стальной кристаллической решетки уплотняться в момент
упрочнения. Рентгеновские лучи с длиной волны в несколько ангстрем,
направленные на поверхность металла, отражаются от атомных плоскостей
кристаллической решетки, образуя весьма сложную картину отражения,
которая зависит от параметров кристаллической решетки. Математическая
обработка результатов отражения позволяет определить значение
остаточных напряжений первого, второго и третьего родов. Кроме того, рентгено-
структурный анализ позволяет установить глубину наклепанного слоя.
Изменения в слоях металла толщиной менее 3...10 мкм рентгеноанализ
не улавливает. В этих случаях применяют метод структурной
электронографии, основанный на дифракции электронов.
На формирование остаточных напряжений оказывают существенное
влияние свойства обрабатываемого материала и условия внешнего
воздействия не него. Наибольшее влияние на процесс образования остаточных
напряжений оказывает температура. Например, при шлифовании температура
в зоне резания может приближаться к температуре плавления металла, что
вызывает увеличение остаточных напряжений растяжения. Обычно в
поверхностном слое изделия возникают остаточные напряжения сжатия. В
тоже время в зависимости от взаимовлияния факторов, действующих на
поверхностный слой заготовки в процессе ее обработки, могут возникать
напряжения растяжения (сжатия).
Остаточные напряжения полностью уравновешиваются и их действие
при неизменном состоянии детали с внешней стороны ничем не
проявляются. С нарушением этого равновесия, вызванного удалением части материала
в процессе механической обработки, деталь начинает деформироваться до
тех пор, пока перегруппировка напряжений не приведет к новому
равновесному состоянию. При очень больших напряжениях растяжения в
поверхностном слое детали вызывают появление трещин.
Для многих деталей желательным является создание сжимающих
напряжений в поверхностных слоях, повышающих их усталостную прочность.
Часто внутренние напряжения возникают и при изменении объема
заготовок в процессе их охлаждения.
Например, после нагрева вала сначала остывает его наружный слой,
который, стремясь сократиться в диаметре, сжимает еще горячую и
пластичную сердцевину. В результате чего наружные слои оказываются упруго
растянутыми, а внутренние — сжатыми. Последующее охлаждение заготовки
183
связано с возрастанием разности температур, а затем с ее уменьшением. При
этом напряжения соответственно увеличиваются, а затем уменьшаются. При
дальнейшем охлаждении сердцевины она стягивает наружный остывший слой,
создавая в нем напряжения сжатия. Таким образом, в процессе
формообразования, в частности литых заготовок, в них могут возникать остаточные
напряжения. Коробление же отливок происходит при удалении литейной корки и
механической обработке. Например, при литье блоков цилиндров двигателя в
различных сечениях блока наблюдается неравномерность сил торможения усадки
материала. Важно правильно выбрать условия охлаждения отливок, чтобы
уменьшить остаточные напряжения, возникающие в них. При холодной правке
в заготовке также возникают остаточные напряжения.
Для снятия этих напряжений наиболее эффективными способами
являются естественное и искусственное старение. При естественном старении
литые заготовки после удаления литейной корки перед поступлением на
механическую обработку должны лежать на складе от нескольких месяцев
до трех и более лет (за полгода в лежащих отливках снижение внутренних
напряжений составляет 30...40 %). Этот процесс длительный и требует
дополнительных площадей.
Искусственным старением (чугуна) является низкотемпературный
отжиг, который осуществляется медленным (до 100° в час), выдержанным при
заданной температуре охлаждением вместе с печью (до 50° в час), что
значительно эффективнее, чем естественное старение. Искусственным
старением за 20 ч снимается 80 % напряжений. Для снятия остаточных (внутренних)
напряжений используют вибрационные стенды и различные виды
термообработки. Эффективность выбранного метода и режимов снятия напряжений
для ответственных деталей обычно подбирают опытным путем.
■ 2.5. Методы расчета припусков на механическую
обработку заготовок
2.5.1. Общие сведения о припуске на механическую
обработку заготовок
Для обеспечения требуемых точностных и качественных характеристик
поверхностей деталей широко применяют механическую обработку, в
процессе которой с заготовки снимается слой металла.
Припуском называют слой металла, удаляемый с поверхности заготовки
в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.
Припуск измеряют по нормали к обрабатываемой поверхности. Для
цилиндрических и близких к ним по форме поверхностей деталей с одинаковым
припуском на цилиндрическую сторону припуск считают на диаметр или
толщину. Припуск на сторону должен оговариваться (рис. 2.84, а).
184
Рис. 2.84. Общий припуск (а) и напуск (б) заготовок
Напуском принято называть тот объем металла, который подлежит
удалению с исходной заготовки при образовании отверстий, пазов и
углублений в сплошном металле (рис. 2.84, б). Напомним, что исходной называется
заготовка перед первой технологической операцией.
Поверхности деталей, не подвергаемые обработке, припусков не
имеют. Припуск зависит от объема выпуска продукции, вида, материала,
размера и конструктивной формы заготовок, особенностей их
технологического процесса обработки, наличия и вида термической обработки,
способа установки заготовок на станке, упругих деформаций от их
закрепления в приспособлениях, сил резания, состояния оборудования и
заданных качественных характеристик поверхности детали. Поэтому выбор
оптимального припуска является сложной технологической задачей.
Оптимальным следует считать припуск, который обеспечивает
получение высококачественных изделий при наименьшей себестоимости.
При механической обработке заготовок заданные чертежом формы,
размеры и качество поверхностного слоя детали могут достигаться
последовательно за несколько технологических операций (переходов).
Операционным припуском называют слой материала, удаляемый с
заготовки при выполнении одной технологической операции, а промежуточным
припуском — слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении
одного технологического перехода. Операционный припуск равен сумме
припусков на отдельные переходы, входящие в данную операцию, т. е. на
каждом переходе с обрабатываемой поверхности снимается слой металла. В
результате чего изменяются размеры, форма и качество поверхностного слоя
заготовки. При полной обработке заготовки снимается общий припуск.
185
5t
N
Ds i Dr Общим припуском z0 следует считать
N* ^ jjjjjj] весь слой материала, удаляемый с
поверхности исходной заготовки в процессе
///>//////J//////////J, механической обработки с целью получе-
а) ния заданных свойств обрабатываемой
Ds tkDr поверхности готовой детали.
Общий припуск z0 равен сумме про-
J4FT?
г
~1 I межуточных припусков:
'У////?////////////////,
О) п
Рис. 2.85. Последовательность об- zo = 2^z>
работки заготовок станины станка: ,=1
а- первая операция; б -вторая one- где _ Промежуточный припуск; п —
рация
число технологических переходов.
Общий припуск между предварительной и чистовой обработкой
распределяется приблизительно следующим образом: 60 % общего припуска
приходится на предварительную обработку и 40 % — на чистовую или 45 % —
на предварительную, 30 % — на получистовую, 25 % — на чистовую
обработку.
На первой операции необходимо обеспечить сохранение плотного
однородного слоя на той поверхности, которая в процессе работы детали в узле
подвергается наибольшему износу. При распределении припуска на обработку
между несколькими параллельными поверхностями необходимо наибольшую его
часть снимать с менее ответственных поверхностей, имеющих меньшие
габаритные размеры, например, со станины станка (рис. 2.85, а).
Неравномерный припуск обрабатываемых поверхностей вызывает
появление переменных сил резания, вибрации и упругих деформаций
технологической системы, что в свою очередь снижает качество, точность и
производительность обработки.
Различают односторонние и двусторонние припуски.
Односторонним припуском называют слой материала, удаляемый с
какой-либо стороны заготовки, а противолежащая ей поверхность не
подвергается одновременной обработке (рис. 2.86).
Двусторонним припуском называют слой материала, удаляемый
одновременно с двух сторон заготовки. Двусторонний припуск может быть
симметричным и асимметричным.
При симметричном припуске толщина удаляемого слоя одинакова с
каждой стороны. Симметричный припуск снимается при обработке наружных
(рис. 2.86, а) и внутренних (рис. 2.86, б) поверхностей тел вращения и при
параллельной обработке противолежащих плоских поверхностей (рис. 2.86, в).
При асимметричном припуске толщина удаляемого слоя неодинакова с
каждой стороны (рис. 2.87, а). Припуск снимается только с одной стороны
заготовки или детали (рис. 2.87, б). Следовательно, частным случаем
двустороннего асимметричного припуска может быть односторонний припуск.
186
чё5
з-
■lf
l°r
в)
t*
Рис. 2.86. Схемы расположения симметричного припуска на обработку
наружных (а), внутренних (б) и противолежащих (в) плоских поверхностей
Асимметричный припуск удаляется с противолежащих поверхностей
независимо друг от друга (рис. 2.87, в). Симметричный припуск определяется на
диаметр, асимметричный припуск — на сторону.
Припуски должны быть достаточными для получения заданных размеров,
микрогеометрии и формы детали и в то же время минимальными для
уменьшения расхода металла и
снижения затрат на обработку.
Завышенные
припуски на обработку
обусловливают:
• неоправданный
перерасход металла;
• увеличенные массу
и стоимость заготовок,
трудоемкость обработки,
станочный парк и
производственные площади,
расход инструмента,
затраты на ремонт и
обслуживание станков, расход
электроэнергии, затраты
на транспортирование
стружки;
• необходимость
введения дополнительных
технологических переходов;
А
\
Z,
r^.ft
Г
'/>/;;//;///////>;/;//;/,
Рис. 2.87. Схемы расположения асимметричного
припуска на обработку:
а, в — двусторонний; б — односторонний
187
• удаление (в некоторых случаях) наиболее износостойких
поверхностных слоев;
• затруднения обработки на настроенных станках;
• снижение точности обработки в связи с упругими деформациями
технологической системы.
Заниженный припуск на обработку может вызвать:
• неприемлемые технологические условия для работы режущего
инструмента в зоне твердой литейной корки или окалины;
• предпосылки к некачественному изготовлению деталей (дефектам и
браку);
• повышенные требования к заготовкам, что вызовет их удорожание;
• неудаленный дефектный слой, образовавшийся при изготовлении
заготовок;
• увеличение стоимости обработки;
• усложнение выверки заготовок при установке на станке;
• завышенные требования к квалификации рабочих;
• усложнение достижения требуемых точности и качества
поверхностного слоя.
Установление оптимальных припусков на обработку по всем
технологическим переходам является одной из основных задач, правильное решение
которой имеет большое технико-экономическое значение.
Существуют два метода определения припуска: опытно-статистический
и расчетно-аналитический.
2.5.2. Опытно-статистический метод определения
припуска
Опытно-статистический метод основан на статистике и опыте большого
числа предприятий. Основными преимуществами этого метода можно
считать экономию времени на определение припуска. Данный метод позволяет
определить размеры заготовок до разработки технологического процесса.
Недостатки этого метода заключаются в том, что припуски назначают
без учета конкретных условий построения технологических процессов.
Например, общие припуски назначают без учета схемы установки заготовки и
погрешностей предшествующей обработки.
Так как опытно-статистический метод определения припуска не
учитывает особенностей технологического процесса на данном предприятии,
рекомендуемые припуски завышают. Завышенный припуск ориентирован на
условия обработки, при которых припуск должен обеспечить работу без
брака. Нормативные таблицы для выбора припусков можно использовать в
условиях единичного и мелкосерийного производства при изготовлении
небольших, недорогих деталей и когда технологические процессы
разрабатываются укрупненно. Во всех остальных случаях следует определять припуск
расчетно-аналитическим методом.
188
2.5.3. Расчетно-аналитический метод определения припусков
Расчетно-аналитический метод определения припусков основан на
учете конкретных условий выполнения технологического процесса обработки и
позволяет определить припуск с составляющими его элементами.
Его применяют при обработке резанием методом автоматического
получения размеров на налаженных станках и обработке резанием методом
индивидуального получения размеров, особенно при обработке крупных
деталей (например, в тяжелом машиностроении). Расчетно-аналитический
метод определения припусков позволяет выявить возможности экономии
металла и снизить трудоемкость обработки деталей.
Согласно методу расчета припусков, разработанному профессором
В. М. Кованом и основанному на учете факторов, действующих в процессе
обработки, промежуточный припуск на каждой выполняемой операции
(переходе) должен быть таким, чтобы при его снятии были ликвидированы
погрешности предшествующей операции (перехода) или заготовки, а также
погрешности установки обработанной заготовки на выполняемой операции
(переходе).
На основе изучения причин, вызывающих появление погрешностей
обработки резанием, устанавливают законы их суммирования.
На значение минимального промежуточного припуска влияют
величины Rz , Ам, AL. , е;.
Минимальный припуск при обработке методом автоматического
получения размеров рассчитывается по формуле
Z/min=(#z+H-l+AL,-, +e«»
где Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам, полученная на
предшествующем переходе; /z,_i — глубина дефектного поверхностного
слоя, полученного на предшествующем переходе (обезуглероженный или
отбеленный слой); А^ — суммарные отклонения формы и расположения
поверхностей, полученные на предшествующем переходе; е, — погрешность
установки заготовки на выполняемом переходе (/' относится к выполняемой
операции или переходу, / - 1 — относится к элементу, полученному на
предшествующей операции или переходе).
Высота неровностей профиля
На первой технологической операции (переходе), когда необходимо
удалить неровности, имеющиеся на поверхности заготовки, высоту
неровностей профиля учитывают по исходной заготовке. При выполнении второй
операции (переходе) необходимо учесть неровности на поверхности
заготовки, полученные на первой операции (переходе) и т. д. Заданные
чертежом значения параметров шероховатости поверхности в значительной мере
189
Rz, мкм
I ; ^Щ^/&^/
a)
б)
Т. мм
Рис. 2.88. Зависимость между
допуском на размер Т и параметром
шероховатости поверхности Rz
обрабатываемой детали
Рис. 2.89. Поверхностный слой
заготовки:
а — при обработке внутренней
поверхности; б — при обработке наружной
поверхности
зависят от точности обрабатываемых поверхностей: чем выше точность
обработки, тем меньше должны быть величины шероховатостей поверхности.
Обобщенные данные, характеризующие связь между допуском на размер и
шероховатостью поверхности, представлены на рис. 2.88.
Неровности поверхностного слоя в результате предшествующей
технологической операции (перехода) подлежат удалению на выполняемой
операции (переходе). Однозначно оценить целесообразность выбора параметра
шероховатости поверхности (по критерию Rz или /?тах) сложно (рис. 2.89).
При расчете припуска для оценки шероховатости поверхности деталей
используют параметр Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам),
значения которого систематизированы и приведены в справочной
литературе в табличной форме, удобной для автоматизированного способа расчета.
Аналогично систематизированы и приведены к табличной форме и
другие составляющие минимального припуска.
Глубина дефектного поверхностного слоя
Дефектным поверхностным слоем называют слой, отличающийся от
основного металла механическими свойствами, наличием остаточных
напряжений или структурой. Не всякий поверхностный слой, отличающийся от
основного металла, снижает эксплуатационные свойства деталей. Поэтому
дефектный поверхностный слой может подлежать полному или частичному
удалению, а в некоторых случаях совсем не учитываться при расчете
припуска на обработку. Известны такие дефекты металлов как раковина,
шлаковые расслоения, трещины, обезуглероживание и т. д. Дефектный
поверхностный слой зависит от материала и размеров заготовки, способа ее
получения и обработки и включает в себя такие дефекты как выпуклости,
вмятины, прижоги, коррозию др. (см. рис. 2.90).
У заготовок из серого чугуна поверхностный слой состоит из перлитной
корки, наружная зона которой нередко имеет следы формовочного песка; ее
190
Рис. 2.90. Отклонения формы обрабатываемых поверхностей, составляющие
определенную долю припуска на соответствующий размер заготовки:
а — седлообразное; б — бочкообразное; в, г — конусообразное
следует удалить на первой операции (переходе). Стальные поковки и
штампованные заготовки имеют обезуглероженный поверхностный слой,
который снижает износостойкость и сопротивление усталости деталей.
Например, при изготовлении режущего инструмента глубина на сторону обезугле-
роженного слоя (феррит и переходная зона) горячекатаной кованой
заготовки из сталей Р18 и Р9 диаметром 70...80 мм составляет до 1,0 мм, а
для сталей Р6МЗ и Р6М5 — до 1,3 мм. Обезуглероженный слой должен
быть полностью удален, иначе инструмент будет неработоспособным.
Поэтому в условиях инструментального производства основным критерием
для выбора припуска является дефектный слой, который обычно удаляется с
учетом переходной зоны и составляет значительную часть общего припуска.
Поковки, полученные свободной ковкой, имеют окалину, которую
также следует удалить на первой операции.
Приближенно дефектный поверхностный слой составляет у поковок
1.5...3 мм, у штампованных заготовок 0,5... 1,5 мм, у горячекатаного
проката 0,5... 1,0 мм, у отливок из серого чугуна 1...2 мм, у остальных отливок
1...3 мм. Дефектный поверхностный слой обычно полностью удаляется на
первой операции и его можно не учитывать при обработке заготовок из
цветных металлов и чугуна, начиная со второй операции (перехода), а у
остальных заготовок — после термической обработки. Наклеп в
поверхностном слое заготовки возникает не только после обработки деталей
деформирующими или комбинированными методами, но и при обработке резанием.
При последующей обработке эту зону следует сохранять, так как она
позволяет значительно повысить износостойкость деталей, не подвергающихся
термической обработке. Поверхностный слой деталей, подвергающихся
191
термической обработке (например, поверхностной закалке), также
желательно сохранить, поскольку с увеличением снимаемого припуска могут
значительно снижаться заданные эксплуатационные свойства поверхности.
Отклонения расположения поверхностей
Отклонения расположения обрабатываемых поверхностей Д^
относительно баз заготовки, образовавшиеся на предшествующей операции
(переходе), обычно учитывают на всех стадиях обработки, кроме отделочных.
Отклонения от круглости (овальность, огранка) и отклонение профиля
продольного сечения (седлообразность, бочкообразность, конусность)
должны быть в пределах поля допуска или составлять часть поля допуска на
размер. При расчете припусков их не учитывают (рис. 2.90).
Отклонения от соосности обрабатываемых отверстий (рис. 2.91),
коробление поверхностей деталей, торцевое и радиальное биение представляют
собой суммарные отклонения Д^ , имеющие самостоятельное значение и
не связанные с допуском на размер обрабатываемой поверхности. Их
необходимо учитывать в виде слагаемого так же, как толщину дефектного
поверхностного слоя и высоту параметров шероховатости.
Суммарные отклонения, такие, как отклонения от соосности наружной
поверхности и отверстия у втулок, дисков и гильз, отклонения от
перпендикулярности торцовой плоскости оси, отклонения от параллельности
обрабатываемой поверхности и баз заготовки, изогнутость оси вала (отверстия) и
другие отклонения расположения обрабатываемой поверхности
относительно баз, возникают, например, при изготовлении заготовок или во время их
термической обработки.
При закреплении втулки в трехкулачковом патроне наружная
поверхность втулки является базой. Если отверстие втулки смещено относительно
наружной цилиндрической поверхности на значение Д;_ь то диаметр
отверстия при растачивании, компенсирующий эти отклонения, будет равняться
сумме исходного диаметра отверстия и удвоенного значения суммарного
отклонения, т. е. D = d + 2А,_! (рис. 2.92, а). Таким образом, составляющая
промежуточного припуска, компенсирующая отклонения поверхностей
втулки, равна 2ДМ.
Схема закрепления вала в центрах и
обтачивания утолщенной шейки,
радиальное биение, которой вызвано
изогнутостью заготовки, показана на рис. 2.92, б.
Дополнительная составляющая
промежуточного припуска для компенсации
Рис. 2.91. Отклонения расположе- отклонения в этом случае равна 2А,_,. С
ния обрабатываемых поверхностей целью упрощения расчетов для деталей
отверстий типа валов Дм можно выразить через
/
192
в) г) д)
Рис. 2.92. Примеры отклонения расположения обрабатываемых
поверхностей относительно технологической базы
изогнутость вала. Заменив искривленную ось ломаной линией и выразив А,_!
через наибольшую изогнутость, приближенно получим
AM=tgp/,=2^4,
где tg Р — угол между ломаной линией и осью центров; 1Х — расстояние от
среднего сечения обрабатываемой шейки до ближайшей опоры; Аиз —
наибольшая изогнутость вала; L — длина заготовки.
На расположение обрабатываемых поверхностей влияют не только
отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, но и схема
базирования заготовки на данной операции (переходе). При обтачивании
диска (рис. 2.92, в), у которого ступенька валика расположена с
отклонением от соосности, необходимо учесть при расчете слой минимальной толщины
2А;_! = 2е. Минимальная толщина слоя для компенсации изогнутости вала
(рис. 2.92, г) и при растачивании разностенной втулки 2Д,_! также равна 2е;
для компенсации отклонений от перпендикулярности торца шеек вала
(рис. 2.92, д) необходимо удалить слой толщиной А,_! = Д.
Принятая схема базирования и последовательность обработки
существенно влияют на заданный припуск, увеличение которого вызвано влиянием
отклонений расположения поверхностей заготовки. Например, при
обработке заготовок зубчатых колес целесообразно сначала обработать базовое
отверстие, а затем от него все остальные поверхности. В некоторых случаях
отклонения расположения поверхностей необходимо подсчитывать как
векторную сумму отдельных составляющих отклонений, каждая из которых
представляет собой вектор, поскольку суммарное значение Дм определяют
7 Технология машиностроения
193
как векторную сумму отклонений А, + А2. Если сложно определить
направление векторов, то их суммируют по правилу квадратного корня. Таким
образом, суммарное отклонение расположения поверхностей после
выполнения предшествующей операции (перехода) будет равно
aZ/i=VaT7a|7a^,
где А^, Ад, Ас —отдельные отклонения расположения поверхностей.
Суммарное значение отклонений расположения поверхности
уменьшается с каждым следующим технологическим переходом и рассчитывается,
например, для штампованных заготовок: после однократного и чернового
точения Ачер„ = 0,06Дзаг, после получистового точения A„/4 = 0,05Дчер„, после
чистового точения Ачист = 0,04 Ачерн.
Для деталей класса «круглые стержни» отклонения расположения
поверхности
Д1,_, = VA'm + Акор>
где Асм — отклонения вследствие смещения; Акор — отклонения вследствие
коробления.
Для деталей класса «диски»
где Аэк — отклонения в результате смещения центрального отверстия
относительно наружной поверхности диска.
Таким образом, используя формулы и табличные значения их
составляющих, можно определить отклонения расположения, полученные на
предшествующей операции (переходе).
В некоторых случаях отклонения расположения при расчете припуска
могут быть приравнены нулю (при нежестком закреплении заготовки или
инструмента).
Следующей причиной, вызывающей отклонения расположения
поверхностей заготовки, является погрешность ее установки на станке.
Погрешность установки заготовки
Погрешность установки заготовки е ., возникающая на выполняемой
операции (переходе), характеризуется отклонением фактически
достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого.
Нестабильность положения обрабатываемой поверхности заготовок
должна быть компенсирована дополнительной составляющей промежуточ-
194
ного припуска. Способ установки может существенно влиять на величину
припуска.
Погрешность установки определяется как векторная сумма
погрешности базирования еб и погрешности закрепления е3, т.е. еу,=еб+е3. При
обработке поверхностей вращения составляющие формулы приобретают
характер векторов, так как могут иметь различные направления.
Погрешность установки, т. е. положения заготовки, определяется
возможным смещением ее в ту или иную сторону. Величину этого смещения
определяют как векторную сумму.
Погрешность установки как суммарное поле рассеяния выполняемого
размера определяют по формуле
^=V*
4**1
Погрешность базирования £б представляет собой отклонения фактически
достигнутого положения заготовки (детали) при базировании от требуемого.
Она определяется суммарным смещением обрабатываемой поверхности
вследствие несовпадения установочной и измерительной баз и наличия зазоров
между установочной базой и установочными элементами приспособления.
Погрешность базирования изменяется в зависимости от принятой схемы
базирования и ее можно определить только при анализе конкретной операции.
Погрешность базирования делает операцию менее точной. Однако в
некоторых случаях дорого или невозможно установить заготовку так, чтобы в
качестве базы использовалась измерительная база, либо трудно, дорого или
невозможно измерить размер от базы до обрабатываемой поверхности.
Например, при подрезке торца вала в центрах (рис. 2.93) торец является
измерительной базой, а центры — технологической базой. При фрезеровании
торца корпусной детали, базирующейся на штифты, погрешность
базирования будет равняться сумме допусков на га72 А
размеры С и В, т. е. Бб= Т\ + Т2. При
обработке в центрах погрешность
базирования вызывает смещение оси
центровых гнезд относительно оси или
образующей заготовки, т.е. при еб=е3 =
= 0,25ГэЛ3аг, где Т^А^ — допуск на
размер заготовки. При последующей
обработке детали в центрах погрешность
базирования будет равна нулю.
При установке вала на призме для
фрезерования паза, размер которого
задан от различных конструкторских
баз (от верхней образующей вала, от
нижней образующей вала или от оси
вала), погрешность базирования на-
-Т2
>////////,
Рис. 2.93. Пример несовпадения
технологической и измерительной
баз, вызывающие погрешность
базирования при настроенном на
размер инструменте
195
блюдается во всех случаях, так как установочная и измерительная базы не
совпадают.
При установке детали на плоскую поверхность, которая является
установочной базой (обрабатываемая плоская поверхность является
измерительной базой) погрешность базирования неизбежна при настроенном на
размер инструменте. Если установочная плоская поверхность является и
измерительной базой, то погрешность базирования будет равна нулю.
Для определения припуска наиболее важно знать смещение
обрабатываемой поверхности, которое происходит при закреплении заготовки из-за
смещения ее баз в результате неточного изготовления и износа
установочных элементов приспособления и погрешности выверки в условиях
единичного производства деталей.
Закрепление определяется приложением сил и пар сил к заготовке
(изделию) для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при
базировании. Погрешность закрепления образуется при наложении на заготовку
сил зажима. В этом случае может произойти смещение установочных баз
под действием сил зажима и их моментов. Обычно наблюдается осадка опор
или их перекос и упругие деформации заготовок и приспособлений.
Погрешность закреплений уменьшается, когда точки приложения сил,
создающих силовое замыкание и обеспечивающих контакт между
поверхностями соединяемых деталей, располагаются над опорными точками
сопрягаемых поверхностей деталей. При базировании и закреплении деталей
необходимо сделать правильный выбор баз, создать правильное силовое
замыкание, уменьшить контактные деформации заготовки, правильно выбрать
точки приложения сил, создающих контакт между сопрягаемыми
поверхностями деталей, по возможности расположив их против опорных точек,
правильно установить последовательность приложения сил, чтобы не вызвать
изменения положения заготовки во время ее закрепления. Некоторые
заготовки отличаются недостаточной жесткостью в одной из двух координатных
плоскостей (тонкие диски, кольца, планки). При закреплении таких
заготовок в приспособлениях необходимо увеличить их жесткость, например, за
счет создания дополнительного числа опор в плоскостях недостаточной
жесткости заготовки. Силы и их моменты, создающие силовое замыкание и
обеспечивающие непрерывность контакта, должны быть больше сил и их
моментов, стремящихся нарушить их контакты в процессе обработки
заготовки. При стабилизации силы зажима пневматическими, гидравлическими
и другими устройствами погрешность закрепления можно принять равной
нулю.
Для взаимосвязанных поверхностей, последовательно обработанных
при одном закреплении заготовок, погрешность установки можно принять
равной нулю (например, при обработке деталей из прутка на токарно-
револьверных станках-автоматах). Погрешность установки при обработке
заготовок на многопозиционных станках во время смены позиции
определяют с учетом погрешности индексации.
196
В отличие от метода автоматического получения размеров на
налаженных станках (рассмотренных ранее) при обработке заготовок методом
индивидуального получения размеров, погрешность установки заменяется
погрешностью выверки заготовки, значение которой выбирают в зависимости
от метода выверки по справочникам.
Упрощенные формулы для расчета минимальных припусков
В различных технологических условиях некоторые приведенные в
формуле слагаемые могут быть приближены к нулю и не учитываться; при этом
вид формулы может изменяться.
Минимальный припуск при последовательной обработке поверхностей
(односторонний припуск)
Zmi„ = (Яг + A)i_j + £,-.
Минимальный припуск при параллельной обработке противолежащих
поверхностей (двусторонний припуск)
2zmin = 2[(RZ + А),„ + AZm + ej.
Минимальный припуск при обработке наружных и внутренних
поверхностей вращения
2z,
mm
(*, + *)i-.+^
,+«?
С учетом конкретных условий технологического процесса обработки
деталей формула минимально необходимого припуска может быть
изменена. Некоторые слагаемые формулы не должны учитываться, как не
имеющие места на предшествующем (выполняемом) переходе или как не
устраняемые на выполняемом переходе. В большинстве случаев это касается
глубины дефектного слоя Ац и погрешности установки заготовки е,. Например,
при протягивании отверстий в деталях, устанавливаемых на шаровую опору
станка, увод оси не устраняется; погрешности установки не возникают. В
этом случае формула минимального симметричного двухстороннего
припуска примет следующий вид:
2z,-min = 2(Л2м + А;_,).
В поверхностном слое образуется зона наклепа как результат обработки
резанием, пластическим деформированием или комбинированным методом.
При последующей обработке эту зону целесообразно сохранить, так как она
повышает износостойкость детали. Удалению подлежит лишь некоторая
часть наклепанного слоя, которая является дефектной из-за наличия в ней
микротрещин. После химико-термической обработки дефектный слой мож-
197
но принять равным нулю, так как, например, глубину цементации
желательно иметь наибольшую.
После поверхностной закалки поверхностный слой также желательно
сохранить, так как его механические свойства снижаются с увеличением
снимаемого припуска. Например, распределительный вал двигателя
автомобиля отливают с отбеленным поверхностным слоем для повышения его
износостойкости. Поэтому в процессе обработки этот слой необходимо
сохранить. Формула минимального необходимого припуска в этом случае имеет вид:
2iimin=2K,WAL+e,2).
При обработке заготовок из серого чугуна дефектный поверхностный
слой учитывается только для первого перехода; для дальнейшей обработки
глубина дефектного слоя не учитывается в связи с тем, что существенных
изменений в поверхностном слое серого чугуна не наблюдается.
При установке заготовки на магнитную плиту (например, при
шлифовании) с совмещением установочной и измерительной баз исключается
погрешность установки еу (на магнитной плите погрешность закрепления
равна нулю).
При чистовых методах обработки (полировании,
суперфинишировании), предназначенных для снижения шероховатостей, припуск на
обработку, в частности, вала определяется высотой неровностей профиля и
погрешностями, связанными с наладкой инструмента на размер и его износом,
составляющим обычно 1/2 допуска на обработку, т. е.:
2z,min= 2^ + 0,57;
Таким образом , формула для расчета припуска может иметь различный
вид в зависимости от особенностей обработки заготовок.
2.5.4. Определение допуска припуска и расчет
номинального и максимального припусков на обработку
Допуск припуска
Размеры обрабатываемых поверхностей после выполнения каждой
технологической операции (перехода) колеблются в пределах допуска на
выполнение этой операции (перехода). Значение припуска, снимаемого при
выполнении последующей операции (перехода), также меняется в пределах
допуска. Таким образом, припуск, снимаемый при обработке, колеблется на
значение допуска на припуск.
Допуск припуска ТА{ определяется разностью максимального и
минимального припусков на данную технологическую операцию (переход):
i-ft-i ^max ^miir
198
с*
F, %i
— О
a) T 6) T
Рис. 2.94. Зависимость
относительной себестоимости С (а) и
возможного брака F (б) от допуска Т
Допуск общего припуска ТА0 является
допуском на соответствующий размер
заготовки.
Промежуточным допуском является
допустимое отклонение размеров на
промежуточной операции (переходе), за
которой следует еще одна или несколько
операций (переходов) для обработки этой
же поверхности.
Обычно промежуточные допуски
направлены в тело металла: для охватывающей поверхности — в «+», для
охватываемой — в «-», так как в этом случае опасность появления
неисправимого брака уменьшается.
Правильное установление допусков Т существенно влияет на качество
технологического процесса и себестоимость С изготовления детали (рис. 2.94, а).
По мере уменьшения допуска Т увеличивается вероятность появления брака
(рис. 2.94, б).
Завышение допуска припуска может привести к снижению стоимости
операции, так как обеспечивается возможность работы с повышенными
режимами резания, уменьшаются затраты на наладку станка, подналадку и
переточку инструмента, появляется возможность использования рабочих
более низкой квалификации.
Наряду с этим завышение допуска припуска может вызвать:
• значительное усложнение выполнения технологических операций
(переходов) на предварительно настроенных станках;
• увеличение средних припусков, а следовательно, размеров и
стоимости изготовления заготовок;
• затруднение настройки станка на размер и работу на нем;
• изменение глубины обработки каждой заготовки обрабатываемой
партии и, как следствие, различие размеров заготовок после этой операции
(перехода).
Завышение допуска на предыдущей операции (переходе) вызывает
увеличение припуска на последующую операцию (переход).
Занижение допуска припуска может вызвать возрастание себестоимости
обработки, вероятности появления брака, трудоемкости, а также
усложнение наладки оборудования, приспособлений и инструмента.
Таким образом, к выбору допусков на заготовку необходимо подходить
очень внимательно. Обычно допуски выбирают по нормативным
материалам, в которых указаны наиболее выгодные допуски для каждого вида
обработки. Определение оптимальных припусков на обработку связано с
установлением предельных промежуточных припусков и размеров заготовки.
Знать предельные размеры заготовки необходимо для конструирования или
настройки станков, приспособлений, режущего и измерительного
инструмента, для конструирования стержневых ящиков, моделей, пресс-форм,
199
штампов для изготовления заготовок, для определения оптимальных
режимов резания и расчета нормы времени на выполнение операций.
Все промежуточные размеры связаны между собой и образуют
технологические размерные цепи.
Размеры поверхности для каждой операции (перехода) начинают
рассчитывать с последней операции (перехода).
Так как размеры промежуточного припуска выполняются с учетом
допуска, то фактическое значение припуска колеблется в определенных
пределах. Поэтому различают номинальный (расчетный), минимальный и
максимальный (гарантированный) припуски.
Номинальный (расчетный) припуск
Общий номинальный припуск определяется разностью номинальных
размеров:
ZO.H J Д
или суммой номинальных (расчетных) припусков на отдельные операции
(переходы):
2Z = У22 >
zO.H <t—i z;h
/=1
где 2z,„ — номинальный припуск на отдельные операции (переходы); п —
общее число операций (переходов).
Номинальный припуск на отдельные операции (переходы)
рассчитывают по следующим формулам:
• номинальный припуск на диаметр при обработке наружных
поверхностей вращения:
2z,„ = 2z/min + eid_x +eidi,
где eid_ , ed, — нижние отклонения размеров на предшествующей и
выполняемой операции (переходе) соответственно;
• номинальный припуск на диаметр при обработке внутренних
поверхностей вращения:
где ESD, , ESD. — верхние отклонения размеров на предшествующей и
выполняемой операции (переходе) соответственно.
Номинальные припуски, в частности, необходимы для определения
номинальных размеров заготовок, по которым изготовляют технологическую
оснастку.
200
Максимальный (гарантированный) припуск
Максимальный припуск на отдельные операции (переходы) при
автоматическом получении размеров рассчитывается по следующим формулам:
• максимальный припуск на диаметр при обработке внутренних
поверхностей вращения:
2zimax = 2z,-min + Т Д_, + Щ;
• максимальный припуск на диаметр при обработке наружных
поверхностей вращения:
2z,max = 2z,min + Tdi_x + Td,.
По максимальному припуску назначают глубину резания, т. е.
i zmax.
Это значение принимают в качестве глубины резания и при выборе
мощности привода оборудования.
2.5.5. Определение промежуточных и предельных
размеров изделия
Максимальные промежуточные припуски на обработку рассчитывают с
целью определения размеров заготовки по всем технологическим операциям
(переходам) от готовой детали до исходной заготовки.
Промежуточные размеры, так же как припуски и допуски, для каждой
операции рассчитывают, начиная от последней операции и кончая первой,
т. е. в направлении, обратном последовательности прохождения детали по
технологическому процессу. Исходными являются размер и допуски,
указанные на рабочем чертеже детали. В результате расчета получают размеры
исходной заготовки, промежуточные размеры заготовок и допуски на них.
Промежуточные размеры заготовок для отдельных операций (переходов)
проставляют на операционных эскизах (наладках) с учетом припуска на
последнюю обработку. По максимальному припуску определяют
максимальную силу резания и силы закрепления заготовки в приспособлении. По
среднему значению припуска определяют стойкость режущего инструмента.
Полученные минимальные предельные размеры заготовки по
технологическим операциям (переходам) необходимо округлить до расчетного размера
путем увеличения для наружных поверхностей и уменьшения для
внутренних поверхностей. Округление следует выполнять с точностью до того же
знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого
перехода. Значение припуска не должно быть меньше той глубины резания, при
которой работа нормально заточенной режущей кромки инструмента
становится неустойчивой. Например, остро заточенный резец может снимать
стружку толщиной около 5 мкм, но в этом случае режущая кромка быстро
201
Максимальный размер djarmax заготовки
Номинальный размер dMrHoM заготовки
— ■ ■ ™ ™™ - —
Минимальный размер Озагтт заготовки
^^- -" i -г - да
Максимальный размер d, ш под чистовое
обтачивание после чернового
Минимальный размер di min под чистовое
обтачивание после чернового
Максимальный размер бг „^ под шлифование
после чистового обтачивания
Минимальный размер б2 min
под шлифование
Максимальный окончательный
размер С/дЗ max
Минимальный окончательный
размер бщ min
Максимальный
общий припуск
Допуск —— после шлифования
Минимальный припуск z3 min
при флифовании
Максимальный припуск z3 max
при шлифовании
Номинальный припуск г3н
при шлифовании
Допуск -—при чистовом обтачивании
чистовое обтачивание после чернового
Номинальный припуск г2ном под
чистовое обтачивание
Максимальный припуск гг пш под
чистовое обтачивание после чернового
Допуск -— при черновом обтачивании
Минимальный припуск z1 min под черновое
обтачивание
Номинальный припуск г, ном под черновое обтачивание
Максимальный припуск г, „их под черновое обтачивание
Допуск -22- заготовки
Отрицательная часть допуска
заготовки
Положительная часть допуска
заготовки
Минимальный
общий припуск
^omin
Рис. 2.95. Схема расположения припусков и допусков на обработку
затупляется и резец через непродолжительное время может снимать
стружку толщиной 10.. .20 мкм и более.
Определив промежуточные припуски, можно подсчитать предельные
размеры заготовок по всем переходам. Промежуточные припуски, поля допусков и
предельные размеры целесообразно изображать графически (рис. 2.95).
Исходными значениями для этой схемы являются предельные размеры готовой
детали, заданные чертежом.
От минимального окончательного размера детали da3mm откладываем
минимальный припуск z3 min на шлифование, получаем минимальный размер
di min заготовки под шлифование после чистового обтачивания. Прибавим к
этому размеру минимальный припуск z2 min на чистовое обтачивание после
чернового. Затем, прибавив к этому размеру минимальный припуск z\ mm на
черновое обтачивание, получим минимальный размер d^rmm заготовки.
Максимальный размер ваттах заготовки получим, если к ее минимальному
размеру с?заг mm прибавим допуск Td^ на изготовление заготовки. При
определении припуска необходимо учитывать метод достижения заданного размера.
При обработке партии заготовок за один переход методом автоматического
получения размеров на предварительно настроенных станках следует
учитывать упругие отжатия в технологической системе (рис. 2.96, а). Например,
при обработке заготовки, имеющей наибольший предельный размер А™х,
выдерживаемый размер Л,тах также получается наибольшим и, наоборот,
при наименьшем предельном размере заготовки А™\" получаем
наименьший предельный размер А™'" после обработки (рис. 2.96, б).
Ш//Ш/////,
а)
6)
Рис. 2.96. Схемы для определения минимального и максимального
промежуточных припусков:
a — при обработке деталей с учетом упругих перемещений в технологической
системе на настроенных станках; б — при методах обработки, исключающих
влияние упругих отжатий в технологической системе
203
Предельные значения припуска и промежуточные размеры при
обработке за один переход на предварительно настроенных станках с учетом
влияния упругих отжатий в технологической системе определяют по
формулам
ДТ = 4-i° + т4-\'> 4max = 4min + TAh
_ ^min _ ^min. _ imax _ jmax
zimax _ "Vl Л' ' Z/max _ Л-l Ai
ИЛИ
= (Д™ - A™) + ГД_, - ТА, = z,min + ГД_, - ТА,
При применении методов обработки, исключающих влияние упругих
отжатий в технологической системе, или при много переходной обработке
предельные значения припуска и промежуточные размеры будут
определяться по формулам:
ЛТ=47+7Н->;
ДТ = 4Т+?Ч-;
_ jmin _ imax,
Z/min _ ЛЫ ЛЫ >
_ imax imin.
Z/max "~ ЛЫ "~ ЛЫ >
zimax=(A™+TAi_l)-(Ar-TAi) =
= (a™ + аг ) + гд._, + гд = z,.min + гд_, + та.
Заготовки с различными предельными размерами, обрабатываемые с
настроенным на размер С„ инструментом, в связи с меняющимися
значениями упругих перемещений у будут иметь различный выдерживаемый
размер.
Таким образом, для охватываемой поверхности (вал) с учетом влияния
упругих перемещений в технологической системе (рис. 2.97, а), предельные
значения припуска и промежуточные размеры будут равны:
dtT=dr+2Zimm или ^r=Cin+^-.+2z,min0;
J/T=jr+2z,.max-raM или C.n=<Cn+2z,.min;
2zltBn=dHT-dT или 2z,.max=2z,.min+rJM-7y,.;
2„ jmin jmin
zimin=«i-l "«I •
Для охватываемой поверхности при методах обработки, исключающих
влияние упругих отжатий, предельные значения припуска и промежуточных
размеров будут равны:
204
kwsjwwwraf
.Ф
5!
1<^ЗДХ>«ХХХ>Ш
Ф- ifB^
й
Е ._
&-■■
t222£22SS2222a
K&SS&S&S&S&S&a
а;
е;
Рис. 2.97. Схемы для определения минимального и максимального
промежуточных припусков при обработке на настроенных станках
с учетом влияния упругих перемещений в технологической системе:
а — вал; б — отверстие
jmax jmin *\
d,-_i =d, +2z,.max
или Cr=^r+^-.+2z,.min;
d^=dr+2zlnm-Tdi_l или dn=jr+2z,.min.
Для охватывающей поверхности (отверстия) с учетом влияния упругих
перемещений в технологической системе (рис. 2.97, б) предельные значения
припуска и промежуточные размеры будут равны:
205
A-_i =Dj +2z,min или £>,_, = £>, -2z,.minro._,;
A_, =A- -2z/max+roM или £>,_, =£>,. -2z,min.
Для охватывающей поверхности (отверстия) при методах обработки,
исключающих влияние упругих отжатий, значения припуска и
промежуточных размеров определяют по формулам:
r\min гчгпах •">_ ■.,„■., г\тш r\min •">_ фп
А_, =Д -2z.max или £>._, =£>. -2z.min-roM;
r\max nmax О- i тт* ТТТТТж Fornax r\min ^
А_, = £>,_, -2гМтах+Щ._, или £>,._, = £>, -2z,.min.
Для проверки правильности проведенных расчетов необходимо
сопоставить разность припусков 2z, „^ - 2z, min и допусков Td^\ — Tdt. При этом
разность операционных припусков должна быть равна разности допусков на
операционные размеры, а разность общих припусков — разности допусков
на размеры исходной заготовки и готовой детали.
Все промежуточные размеры, будучи связаны друг с другом, образуют
технологические размерные цепи. Размеры, входящие в качестве звеньев,
считаются расчетными (номинальными). Припуск является замыкающим
звеном определенной размерной цепи, так как с его помощью формируется
контур размеров, в частности промежуточных размеров на предшествующей
и выполняемой операциях (переходах). Размеры, входящие в качестве звеньев в
размерную цепь, являются расчетными или номинальными (рис. 2.98).
Уравнение размерной цепи в этом случае имеет вид:
[z]=Ax-A2.
Размер Азаг (рис. 2.99) связан с размером готовой детали AR
промежуточными размерами А\, А2 и размерами припусков zuz2, z3, z4 на обработку.
Уравнение размерной цепи в данном случае можно записать следующим
образом:
^заг — Z\ — Z2 — Z3 — Z4 — Ад = О,
TjxQzx=A2aT-Auz2 = Ах -A2;z3 =A2-A3;z^ =АМГ- Ад.
Аналогично строится размерная цепь для получения требуемого
диаметрального размера:
й?заг - 2z\ - 2z2 — da = О,
где 2zi = й?д - d\; 2z2 = d\— dK
В размерных цепях удобнее пользоваться не
звеньями-диаметрами (т. е. 2z), а значением z, так как
упрощается методика расчетов. Но в некоторых
случаях, например, при съеме асимметричного припуска,
удвоенный припуск оказывается неверным.
Использование в расчетах неудвоенного припуска и звеньев-
•А2~'А2'Ш
. A1~TA1 .
м
Рис. 2.98. Простейшая
размерная цепь
206
Ai-TA,
Кг]
A2-TA2
"3 '"3
[*>]
-*-»-
"S2
[ZA
s
_&_
Рис. 2.99. Схема
образования промежуточных
размеров в технологических
размерных цепях
радиусов обеспечивает более точный результат.
При обработке деталей с высокими
требованиями к качеству поверхностного слоя и на
отделочных операциях значение снимаемого
припуска заранее может быть
регламентировано, например, при притирке и
суперфинишировании рекомендуемая величина припусков
составляет 0,005...0,05 мм. В этом случае припуск
можно принять за составляющее звено, а
окончательный размер детали — за замыкающее звено,
т. е. [А2] = А [ - z. Когда же замкнутая
поверхность является базой для данной операции и на
этой операции ее подвергают обработке,
припуск будет примерно равен расстоянию между
упором и режущими кромками инструмента.
При этом он зависит только от точности
установки режущего инструмента относительно упора и
является составляющим звеном (рис. 2.100).
Уравнение размерной цепи для этого случая
имеет вид: [А2] = Ax-z.
Допуск припуска TAZ может быть найден
как для составляющего звена-размера.
После назначения допусков на размеры
необходимо провести проверку с целью возможности обеспечения при
выбранном варианте обработки заданных чертежом размеров, что потребует
анализа технологического процесса в целом.
Размерный анализ технологических процессов имеет три
разновидности, различающиеся по способу выполнения. В первом случае проводится
размерный анализ вновь проектируемого технологического процесса,
причем исходным документом является только чертеж детали. Во втором
случае исходными документами являются чертежи детали и заготовки. В
третьем случае проводится анализ технологического процесса, не
обеспечивающего по какой-то технологической причине показатели качества или
расхода материала. При этом выявляют связи параметров различных
операций, затем путем решения размерных цепей
устанавливают значения промежуточных
припусков и определяют возможные пути
совершенствования технологического процесса.
Например, для обеспечения правильного
базирования ступенчатого вала вдоль его оси
применяют упор торцом и центрирование
пружинным центром со стороны передней бабки.
Установка инструментов для обработки торцов вала
осуществляется от упора до торца вала. В этом
207
*DS В
. wj .
Ai-TAi'
=л
z = + TA
Рис. 2.100. Схема
обработки незамкнутой
поверхности, являющейся базой
данной операции
случае погрешность размера по длине вала будет отражаться только на
погрешности правой крайней его ступени. Если замыкающим звеном
размерной цепи является размер средней ступени вала, появляется погрешность
базирования. Для повышения точности размера длины ступени необходимо
совместить измерительную и установочную базы, ужесточить допуск на
общую длину вала и допуск тех ступеней, погрешность размеров которых
повлияет на точность обработки других ступеней. В случаях, когда
заданные допуски меньше погрешности расположения измерительной базы и
погрешности обработки, возникающая погрешность базирования не позволит
достичь нужной точности обработки. В этом случае требуется ужесточить
допуск на расположение измерительной базы относительно установочной
базы или использовать упор в торец ступени, соответствующей
измерительной базе при координатной расстановке размеров, либо в торец, от которого
поставлен размер с наиболее жестким допуском.
На практике не всегда удается выполнить заданные условия обработки
и в этом случае следует изменить расстановку размеров таким образом,
чтобы размер крайней ступени оказался замыкающим звеном размерной цепи.
При упоре поочередно в торце вала во время обработки его ступеней
возникает погрешность по длине средней ступени.
Обработка различных по конструкции деталей имеет свои особенности.
Например, при обработке коленчатых валов форма, размеры и положение
центровых отверстий значительно влияют на точность обработки, в
частности на биение базовых коренных шеек. В некоторых случаях необходимо
ввести операцию перецентрирования коленчатых валов для исправления
формы центровых отверстий после обтачивания вследствие их выработки.
Перецентрирование валов может быть проведено путем растачивания
конических поверхностей центровых отверстий перед шлифованием шеек. Для
ориентации по углу у шатунных шеек обрабатывают вспомогательные базы
(например, отверстия или площадки на щеках). Таким образом, при расчете
припусков необходимо хорошо изучить весь процесс обработки деталей и
особое внимание уделить смене баз, чтобы не ошибиться в оценке
погрешности установки деталей на станке. Например, при обработке крупных
блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания ориентирование блоков по
необработанным отверстиям под гильзы и по гнездам коренных
подшипников вызвано стремлением обеспечить снятие равномерных припусков при
последующей обработке, когда блок будет базироваться по поверхностям,
положение которых согласовано с положением посадочных поверхностей
под гильзы и подшипники. Блок может быть прижат к установочному
элементу, ориентирующему продольную плоскость симметрии необработанных
пазов, т. е. будущих гнезд под вкладыши. Если вспомогательные базы
обработаны по обеим необработанным поверхностям, которые в дальнейшем
будут обработаны для установки гильз, а обработка стыка с поддоном и
головкой проведена на базе плоскостей приливов, то плоскости стыков будут
перпендикулярны осям поверхностей под пояски гильз. В этом случае при
208
растачивании будет сниматься симметричный припуск на обоих посадочных
поясках для гильз.
Можно считать, что расчетно-аналитический метод определения
припусков основан на принципе метода максимума-минимума. В работе [2]
предложен перспективный вероятностно-статистический метод расчета и
приведены средние значения припуска.
Например, согласно этому методу расчет промежуточного припуска Z,
проводят по формуле
Z: = Z.+0,5TZ=(R + fV +h) , + 0,577
I i min ' /V z /i-l " /
или
Zi=(R + Wz+h),_l +
+ 0,5V^2^,-i + T2R, -2р/>м7Им7И, + Г2^_, + ТгЦ_х '
где R — наибольшая высота неровностей профиля; Wz — максимальная
высота волнистости; h — наибольшая глубина дефектного слоя; Т — допуск;
77?, — допуск на погрешность размера; Ru_{ — коэффициент корреляции;
TF — допуск на погрешность формы; ТР — допуск на погрешность
расположения поверхностей; / — параметры данного технологического перехода;
i-l — параметры предыдущего технологического перехода.
В частности при определении значения 7У?М необходимо учитывать все
возможные смещения заготовки как при установке, так и в процессе ее
обработки. Значение коэффициента корреляции р^\ определяют
экспериментальным или расчетным путем. Отсутствие в настоящее время достаточного
объема справочного материала затрудняет проведение расчета по
вероятностно-статистическому методу. В то же время использование и развитие
вероятностно-статистического метода расчета припусков позволит уточнить
результаты технологических расчетов.
2.5.6. Особенности расчета припуска на механическую обработку
заготовок, подвергаемых термическому упрочнению
Припуски должны быть достаточными для получения заданных
размеров, микрогеометрии и формы зубчатого колеса и в то же время
минимальными для уменьшения расхода металла и снижения затрат на обработку.
Установление оптимальных припусков на обработку зубчатых колес по
всем технологическим переходам является одной из основных задач,
решение которых имеет большое технико-экономическое значение и оказывает
влияние на технологичность конструкции. Возьмем в качестве примера тер-
мообрабатываемые зубчатые колеса. При обработке конических зубчатых
колес, полученных горячей штамповкой, твердость, структура,- прочность
209
металла на растяжение меняется относительно партии заготовок (не
имеющих сформированного зуба). На обрабатываемой поверхности имеются
следы обезуглероженного слоя и окалина. Таким образом, при расчете
припуска, следует учитывать наличие неравномерного по толщине припуска и
глубину дефектного слоя. Практически значение припуска сателлитов
дифференциала и шестерен полуоси (по данным ЗИЛ) составляет 0,5... 1,0 мм по
профилю и впадине зуба. Обычно дефектный слой снимается на первых
операциях, но он может и создаваться вновь на последующих операциях.
Например, зубошлифование позволяет обеспечить высокую точность
обработки, но не исключает появления дефектного слоя, вызванного прижегами.
При расчете припусков термически упрочняемых зубчатых колес
значение шероховатости (Rz ) и глубину дефектного слоя можно выбирать из
справочника, однако следует обратить внимание на то, какое влияние
оказывает на них термическая обработка.
Зубчатые колеса, подвергаемые термическому упрочнению, имеют
«дефектный» поверхностный слой, но он обеспечивает твердость и прочность
зубьев и снимать его не следует. Следовательно, при обработке
упрочненных поверхностей зубчатых колес дефектный слой из формы расчета
припуска исключается (в формуле припуска /гм = 0), но отклонение
расположения обрабатываемых поверхностей Дм относительно баз заготовки,
образовавшихся на предшествующей операции, обычно учитывается на всех
стадиях обработки.
Следует обратить внимание и на то, что отклонение от круглости
(овальность, огранка) и отклонение профиля продольного сочетания (седло-
образность, бочкообразность, конусность) должны быть в пределах поля
допуска или составлять часть для поля допуска и не входить в погрешность
отклонения расположенных поверхностей. В то же время на значение этой
погрешности оказывают влияние отклонения от параллельности,
перпендикулярности, соосности, а также схема базирования заготовки.
Для заготовок зубчатых колес, подвергнутых термическому упрочнению,
отклонение формы Д0.ф поверхностей вращения определяется по формуле
где Допо — относительное пространственное отклонение формы заготовки
зубчатого колеса после термического упрочнения; d — диаметр
обрабатываемой поверхности.
Суммарное отклонение так же, как отклонение от соосности наружной
поверхности и отверстия зубчатого колеса, отклонения от
перпендикулярности торцевой плоскости оси, отклонения от параллельности
обрабатываемой поверхности и баз заготовки, изогнутость оси вала или отверстия и
другие отклонения, возникают во время химико-термической обработки
заготовок. При закреплении в центрах вала шестерни и обточки наружного
диаметра колеса, радиальное биение, вызванное изогнутостью заготовки,
210
можно упрощенно рассчитать, заменив искривленную ось ломаной линией и
выразив значение суммарного отклонения Д^- через наибольшую
изогнутость, т. е.:
где tg P — угол между ломаной линией и осью центров; 1х — расстояние от
среднего сечения обрабатываемой шейки до ближайшей опоры; Диз —
наибольшая изогнутость вала; L — длина заготовки.
На расположение обрабатываемых поверхностей влияют не только
такие погрешности, как отклонения от параллельности,
перпендикулярности, соосности, но и схема базирования заготовок на данной операции
(переходе).
Более точные результаты расчета будут достигнуты при оценке
пространственных отклонений, полученных экспериментальным путем. При
этом следует обращать внимание на искривление оси, отклонение формы
профиля, отклонение расположения поверхностей, возникающие в
результате химико-термического упрочнения.
Средний размер в партии незакаленных деталей в процессе химико-
термического упрочнения (в результате расширения или усадки) изменяется
на значение
AdT0 = Adw + 0,5 (Г, + Т2),
где Adyp — значение усадки или расширения, вызванного химико-
термической обработкой; Т{ — значение допуска на размер заготовки, не
подвергнутой упрочнению; Т2 — значение допуска на размер заготовки,
подвергнутой упрочнению.
Значение усадки (расширения), вызванное в процессе химико-
термического упрочнения Дс/У.р, определяем по формуле
Adyp = A d0d,
где Ad0 — среднее значение относительной деформации при термическом
упрочнении; d — диаметр подвергнутой обработке поверхности, толщина
зуба колеса или другой параметр зубчатого колеса.
Термическое упрочнение зубчатых колес оказывает заметное влияние
на диаметр базового отверстия, биение торца и толщину зубьев колеса, в
меньшей степени на биение зубчатого венца и погрешность окружных
шагов.
Расчеты припусков термически обрабатываемых изделий обычно
необходимо корректировать с учетом погрешностей, вызываемых различными
видами теримической обработки и зависящих от особенностей материала и
конструкции заготовок.
211
2.5.7. Особенности расчета припусков и операционных размеров
при использовании ЭВМ и САПР
В соответствии с программой разработки комплекса государственных
стандартов и руководящих документов на системы автоматизированного
проектирования (САПР) ВНИИНМАШем разработаны методические
рекомендации «САПР-РП. Расчет припусков для механической обработки
поверхностей деталей и определения размеров заготовок». Согласно
методическим рекомендациям припуски и размеры заготовок определены на
основе конструкторско-технологического кода детали и кода типа производства
с использованием расчетно-графического метода нахождения припусков.
Например, если значение параметра шероховатости поверхности детали
должно соответствовать Ra = 10 мкм, а точность — 10-му квалитету, то при
точности исходной заготовки 14-го квалитета и Ra = 40 мкм обработку
данной поверхности заготовки следует проводить в два перехода по
следующему маршруту:
исходная заготовка, точность 14-го квалитета, Ra = 40 мкм;
черновая обработка, точность 12-го квалитета, Ла = 25 мкм;
чистовая обработка, точность 10-го квалитета, Ra= 10 мкм.
Для выявленных переходов механической обработки поверхности
определяют припуски, размеры с допусками по переходам обработки, общий
припуск и размеры заготовки.
Обобщенную модель выбора метода получения заготовки и ее размеров
на основе расчета припусков представляют в виде последовательных
действий. Определяют вид заготовки (отливка, поковка, штампованная заготовка,
прокат) с учетом формы, размеров и материала детали. Выбирают типовой
технологический процесс получения заготовки с учетом типа производства.
Разрабатывают типовые технологические маршруты механической
обработки каждой поверхности с учетом точности и значений параметров
шероховатости обрабатываемых поверхностей изделия. Выявляют составляющие
припусков и рассчитывают их значения по переходам. Устанавливают
средние общие припуски для обработки каждой поверхности путем
суммирования средних промежуточных припусков. Определяют средние и
номинальные размеры поверхностей заготовок, исходя из размеров детали и средних
общих припусков.
Подготавливают информационное обеспечение подсистемы САПР-РП.
Входная информация при этом должна включать базовую, руководящую и
справочную информации. Базовая информация должна содержать
минимально необходимый набор данных для кодирования и ввода в ЭВМ. Она
состоит из набора общих положений и конструкторско-технологических
признаков, представленных в конструкторской документации на деталь.
Базовая информация формируется в виде конструкторско-технологического
кода детали (КТД), определяемого в соответствии с иллюстрированным
определителем деталей общемашиностроительного применения и технологи-
212
ческим классификатором деталей машиностроения. Коды типа
производства: 1 — единичное; 2 — мелкосерийное; 3 — среднесерийное; 4 —
крупносерийное; 5 — массовое. Коды обрабатываемых поверхностей, которые
позволяют идентифицировать поверхности деталей:
плоская односторонняя ПШ;
плоская двусторонняя ПП2;
вращения торцовая ПВТ;
вращения продольная наружная ПВП;
вращения продольная внутренняя ПВВ.
размеры обрабатываемых поверхностей деталей:
плоской — длина L и ширина В;
торцовой — наружный диаметр D;
наружной продольной вращения — диаметр d и длина L.
Руководящая информация состоит из набора показателей,
определяющих особенности конкретного производства.
Справочная информация содержит набор нормативных данных,
необходимых для расчета припусков. Нормативные данные могут уточняться
применительно к конкретным условиям производства. Для аналитического
расчета припуска нормативы содержат данные по точности и значениям
параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей; основным методам
механической обработки; отклонениям расположения поверхностей и
погрешностям установки заготовок.
Разработку алгоритмов и программ подсистем САПР-РП проводят в
соответствии с необходимостью обеспечения:
• универсальности и независимости (принципа индивидуальности);
• возможности подсоединения подсистемы в САПР-ТП;
• связанности отдельных элементов и всего объекта в целом на всех
этапах проектирования (принцип комплектности);
• целостности подсистемы на стадиях разработки, функционирования и
закрепления связей между подсистемой (принцип системного единства);
• принципа совместимости, характеризуемого тем, что язык, символы и
коды, информационные и технические характеристики используют с учетом
обеспечения совместного функционирования всех подсистем и сохранения
открытой структуры всей системы в целом;
• принципа развития, состоящими в том, чтобы спроектировать
подсистему САПР-РП, развивающуюся в процессе эксплуатации и имеющую
блочную структуру; при этом программы должны быть представлены в виде
программных модулей (процедур);
• принципа информационного единства, который заключается в том,
чтобы в подсистемах, средствах обеспечения и компоновках системы
технологического проектирования использовать термины, символы, условные
обозначения, языки программирования и способы представления
информации, установленные стандартами ЕСТПП.
213
Подсистема САПР-РП имеет
трехуровневую структуру и состоит из
организующих, специальных и
универсальных процедур.
Организующие процедуры должны
обеспечить выполнение всех остальных
подпрограмм системы.
Специальные процедуры должны
обеспечить: выполнение элементов
расчета припусков; выбор расчетных данных по
заготовкам; назначение маршрутов
обработки поверхности; определение
точности, параметров шероховатости и других
данных для расчета припусков и др.
Универсальные (обслуживающие)
процедуры должны обеспечить:
выполнение вспомогательных вычислений,
необходимых для функционирования
специальных процедур; перекодирование и
расшифровку данных, логические
операции и др.
Укрупненная схема типового
алгоритма организующей процедуры
вычисления припусков аналитическим методом
представлена на рис. 2.101.
Алгоритм процедуры 1 обеспечивает
ввод исходных данных для расчета
припуска в подсистему. Исходные данные
вводятся в оперативную память. Ввод
осуществляется либо с помощью
обычных носителей информации (магнитных лент, дисков и т. п.), либо
формируется в процессе работы САПР-ТЛ.
Алгоритм процедуры 2 служит для выбора типового способа получения
заготовки с использованием конструкторско-технологического кода и кода
типа производства.
Алгоритм процедуры 3 служит для выбора параметров заготовок на
основе типового процесса их получения, конструкторско-технологического
кода и кода поверхности. Параметрами, необходимыми для расчета
припусков, являются точность, значение параметров шероховатости поверхности и
глубина дефектного слоя.
Алгоритм процедуры 4 служит для выбора технологического маршрута
обработки поверхности с использованием конструкторско-технологического
кода.
Начало
~т~
Ввод исходных данных
Выбор типового способа
получения заготовок
I 3 I Выбор параметров заготовок\
-™
^=Т
Выбор технологического маршрута
обработки поверхностей
■Ф-*,.
Выбор кода
технологического перехода
Определение пространственных
отклонений и погрешностей
установки
7 | Расчет промежуточного припуска
9
\Да
Выдача результатов
расчета припусков
1
| Коней, |
Рис. 2.101. Укрупненная схема
типового алгоритма организующей
процедуры
214
Алгоритм процедуры 5 служит для выбора кода технологического
перехода обработки поверхности детали.
Алгоритм процедуры 6 на основе конструкторско-технологического
кода детали, кода поверхности и параметров заготовки обеспечивает
определение погрешности ее установки и отклонения расположения поверхностей.
Алгоритм процедуры 7 на основе кода перехода, параметров заготовки
и основных размеров поверхности позволяет определить промежуточный
припуск и допуск на основной размер.
Алгоритм процедуры 8 служит для расчета общего припуска на
обрабатываемую поверхность на основе кода поверхности, промежуточных
припусков и допусков.
При использовании расчетно-графического метода расчет припусков
проводят по расчетным формулам.
Средние промежуточные припуски по первым черновым
технологическим переходам рассчитывают по следующим формулам:
• при односторонней обработке
61ср
= /?Zo+A0+0,6(D0+/1) + ^|^;
• при двусторонней обработке
2г1ср = 2
л2о+й0 + о,6(а) + /1) +
TAq + ТАХ
Средние промежуточные припуски по вторым чистовым
технологическим переходам рассчитывают по формулам:
• при односторонней обработке
z2cp = R22+h4+0MD:+l2)+TAl+JA2 ;
при двусторонней обработке
2г2ср = 2
Р+И1+0,ЦВ1+12)+Щ+/А2
По тонким и отделочным технологическим переходам средние
промежуточные припуски определяют по следующим формулам:
• при односторонней обработке
^Зср "z2
при двусторонней обработке
2г-
, ТА2+ТАЪ
Зср
= 2/? +/г2 + \ 3
215
В формулах для определения гзср и 2гзср не учтены погрешности
установки еу и отклонения расположения поверхностей Д^ в связи с тем, что при
тонкой обработке детали устанавливают с нулевой погрешностью
установки, а при отделочной обработке улучшается только качество поверхности
без изменения ее расположения.
Средний общий припуск определяется суммированием средних
промежуточных припусков.
Алгоритм процедуры 9 служит для выдачи результатов расчета
припусков в табличном или графическом виде (вычерчивание заготовки).
2.5.8. Особенности расчета припусков при обработке
на станках с ЧПУ и гибких производственных модулях
При обработке на станках с ЧПУ наряду с обычно возникающими
погрешностями появляются погрешности: системы программного управления
Дпу, состоящие из погрешности подготовки программ Дпп и погрешности
воспроизведения программы Дв.п; позиционирования Дп03; индексации
поворотных устройств Ди; переустановки деталей Дпер; обусловленные
количеством «потерянных» импульсов Д^.
Указанные погрешности участвуют в образовании отклонений
расположения обрабатываемой поверхности относительно баз и изменяют
значение погрешности установки. Поэтому в суммарное значение отклонений
необходимо включать отклонение, возникающее вследствие применения
системы ЧПУ.
В общем случае суммарное значение отклонения расположения
поверхностей
Ат = XyjX: +А,2,
где т — коэффициент, определяющий процент риска получения брака при
обработке; А,ь А,2 — коэффициенты, зависящие от законов распределения
соответствующих отклонений.
Отклонения, обусловленные применением на станках системы ЧПУ,
можно определить как функцию от ее составляющих:
Дчпу =/(Д П.П + Дв.п + "поз + Д„).
Погрешности подготовки программ неизбежны, так как они
обусловлены принципами программирования. Они состоят из следующих
погрешностей: аппроксимации Да; интерполяции Динт; вычисления координат
опорных точек Д„.т; округления размеров Д„.р.
Погрешность аппроксимации возникает в результате изменения
криволинейного контура между опорными точками обрабатываемой детали
близким к нему прямолинейным или криволинейным технологичным контуром.
216
Обычно погрешность аппроксимации составляет не более 0,1-0,15 допуска
на обработку детали. При обработке цилиндрических, конических и плоских
поверхностей погрешность аппроксимации равна нулю (Да = 0).
В результате формирования наклонных прямых и криволинейных
участков на обрабатываемой поверхности детали сочетанием движения рабочих
органов станка по нескольким осям возникают погрешности интерполяции
Ди. Погрешность интерполяции обусловливается: значением дискретности
конкретного станка; неравномерностью следования импульсов в ЧПУ;
динамическими характеристиками системы управления; типом интерполятора
и видом алгоритма, реализующего закон и траекторию движения.
Погрешность интерполятора, как правило, меньше погрешности аппроксимации. В
сумме погрешность интерполяции и аппроксимации не превышает 0,2-0,25
допуска на обработку детали.
Погрешность вычисления координат опорных точек До.т, возникающая
на этапе подготовки управляющей программы (УП) при вычислении
координат опорных точек, как правило, чисто геометрическая величина.
Поэтому при расчете промежуточных припусков необходимо учитывать, каким
образом определяются координаты опорных точек (расчетным, графическим
и т. д.), которые при подготовке управляющих программ в САПР
принимаются равными нулю.
Точность округления размеров Д„.р зависит от дискретности станка. При
дискретности равной 10, 25 и 50 мкм только вследствие округления
размеров до значений, кратных импульсу, Д„.р соответственно составляет 5, 12 и
25 мкм. Погрешность воспроизведения программ Двп при обработке партии
заготовок является случайной величиной. Эта погрешность зависит от
системы программного управления и конструкции привода подач рабочих органов
станка. Значение Дв п включает в себя погрешности от потери импульсов:
Да = ^щ,
где А, — число потерянных импульсов; г — передаточное отношение
механизма перемещения суппорта; ц — цена импульса.
Одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при
определении промежуточных припусков деталей, обрабатываемых на станках
с ЧПУ, является погрешность позиционирования. Под погрешностью
позиционирования понимают отклонение действительного положения xt
рабочего органа станка от запрограммированного положения хпрог при его
многократном позиционировании в различных точках по пути его перемещения
по одной из координатных осей. Погрешность позиционирования при
одностороннем подходе рабочего органа станка с учетом зоны нормального
распределения (±3<т):
додн = (-прав _ \ + 3 прав
под \ лев Лпрог) илев ■
217
При обработке деталей со сменой направления движения рабочего
органа станка в случае невозможности организации «петли» с целью
устранения люфта в расчете промежуточного припуска необходимо учитывать
погрешности, определяемые зоной нечувствительности станка:
f = \х — х
I рправ Ллев|'
При этом
где
— _ -*прав — -^лев , ^ _ -^прав ' -'^лев
Х~ 2 ' СТ_ 2 '
Например, Дп03 при перемещении рабочего органа станка повышенной
точности (класс П) по оси Z на 250 мм составит (16 + 12) = 28 мкм. Таким
образом, межоперационный припуск на каждом переходе необходимо
увеличить на 28 мкм как на черновых, так и на чистовых переходах, что
существенно увеличит общий припуск. Поэтому с целью снижения
межоперационных припусков необходимо предусмотреть ряд мероприятий,
уменьшающих Дп03. Частично снизить систематическую составляющую Дп03 можно
путем ввода коррекции в УП или применения современных
микропроцессорных систем управления, позволяющих автоматически компенсировать
некоторые погрешности положения и перемещения узлов станка.
Однако случайная составляющая Дп03 не поддается обычной
компенсации УП. Кроме того, поле рассеяния случайной составляющей при
многократном позиционировании, характерном для обработки сложных деталей,
постоянно растет, что вызывает необходимость увеличения
межоперационных припусков.
Наряду с этим имеется возможность выбрать такую схему обработки,
при которой межоперационные припуски можно уменьшить выбором
рациональной траектории перемещения инструмента в соответствии с
размерной цепью детали.
Одним из эффективных методов решения рассматриваемой задачи
является использование теории графов.
В случае применения методики формирования траектории обработки
детали с линейной и плоскостной размерной цепью на станках с ЧПУ
межоперационный припуск может быть снижен путем уменьшения влияния
погрешности позиционирования и несовпадения траектории движения
инструмента с размерной цепью детали.
Кроме того, при расчете межоперационных припусков необходимо
учитывать систему управления станка. В случае обработки детали на станках с
замкнутой системой Дп03 можно уменьшить в 2-3 раза по сравнению с
разомкнутыми системами.
218
При наличии в замкнутых системах линейных датчиков положения,
закрепленных непосредственно на рабочих органах станка, Дп03 из расчета
припусков можно исключить, оставив лишь погрешность самого датчика.
В случае обработки деталей на станках с ЧПУ, оснащенных
револьверными головками, при расчете межоперационных припусков и ДЧпу
необходимо включить погрешность индексации поворотного устройства, которая
составляет 5... 10 мкм.
Таким образом, при расчете операционных припусков деталей,
обрабатываемых на станках с ЧПУ, необходимо учитывать дополнительные
факторы. Однако значение припуска можно значительно уменьшить
компенсацией некоторых систематических и функциональных погрешностей
(например, погрешностей, обусловленных геометрическими неточностями станка;
вызываемых неточностью изготовления режущего инструмента; настройкой
станка на выполняемый размер; размерным износом режущего инструмента
и т. д.) путем введения коррекции в УП, особенно на станках с
микропроцессорными системами управления.
Кроме того, на станках с ЧПУ можно уменьшить погрешности
обработки, вызываемые упругими деформациями технологической системы. Так,
припуски на обработку нежестких деталей можно снизить, прежде всего,
автоматическим уменьшением подачи и глубины резания на определенных
участках обрабатываемой заготовки. Снизить припуск при обработке можно
также путем использования адаптивных систем, управляющих упругими
перемещениями технологической системы.
При обработке деталей на станках с ЧПУ существуют некоторые
особенности и для определения погрешности установки. Для поверхностей,
обрабатываемых при одном закреплении заготовки, погрешность установки
равна нулю, что характерно при обработке на станках с ЧПУ. При этом в
качестве технологических баз могут быть выбраны менее ответственные
поверхности (зачастую необработанные). Это особенно характерно для
обработки на многоцелевых станках.
При закреплении заготовки возможны ее смещения под действием сил
зажима. Например, при закреплении заготовки в патроне токарного станка
происходят ее выталкивание и перекос. Погрешности закрепления е3 можно
значительно уменьшить рациональным выбором конструкции, размеров и
расположения опор приспособления, а также использованием зажимных
механизмов, обеспечивающих постоянство силы зажима, что характерно для
станков с ЧПУ. Кроме того, в последнем случае имеется возможность
компенсации погрешности &з путем коррекции УП.
При наличии большего числа дополнительных погрешностей, которые
необходимо учитывать в процессе расчета межоперационных припусков для
обработки деталей на станках с ЧПУ, значение самих припусков можно
значительно уменьшить путем прогнозирования погрешностей на стадии
подготовки УП, применения САПР, а также коррекции УП.
219
2.5.9. Пути уменьшения припусков при использовании
методов малоотходной технологии
Изготовление заготовок с заусенцами и следами облоя приводит к
значительным погрешностям установки их на станке и, следовательно,
увеличивает припуски на обработке.
Значительные колебания припусков приводят к упругим отжатиям в
технологической системе и копированию исходных погрешностей, что в
свою очередь приводит к увеличению припусков на чистовые операции. В
этих условиях приходится вводить дополнительные черновые и чистовые
операции.
Изготовление заготовок с минимальными припусками возможно при
развитии малоотходной технологии производства заготовок. Применение точных
заготовок, форма которых приближена к форме готовых деталей, позволяет
уменьшить погрешность установки деталей на станке и равномерно
распределить припуск по всему периметру обрабатываемой поверхности.
Малые и равномерные припуски позволяют упростить технологический
процесс обработки и в некоторых случаях исключить черновые операции,
при которых снимается наибольший припуск, а также использовать сразу
методы чистовой обработки с высокими режимами резания и
минимальными припусками.
Применение принципиально новых методов и технологических
процессов изготовления заготовок позволяет значительно сократить расход
конструкционных материалов.
Внедрение технологии малоотходного производства заготовок, в свою
очередь, способствует интенсификации механической обработки и
внедрению прогрессивных методов обработки.
Техническое перевооружение кузнечно-штамповочного производства, в
частности применение поперечно-винтовой прокатки, многопозиционных
горячевысадочных автоматов, штамповки в разъемных матрицах, позволяет
уменьшить расход металла и получить заготовки с лучшим расположением
волокон. Для обеспечения постоянства объема заготовки и повышения
точности поковок в автоматы могут быть встроены мини-ЭВМ. Широкое
развитие получила штамповка зубчатых колес с предварительным
образованием зубьев и отверстий, т. е. в этом случае оставляется минимальный припуск
под обработку резанием. Таким образом, значительно сокращается не
только расход материала, но и технологический процесс обработки зубчатого
колеса, в частности, при обработке базового отверстия можно применить
прогрессивный процесс протягивания, а при обработке зубьев — чистовое
фрезерование.
Применение операций порошковой металлургии позволяет значительно
сократить припуски на механическую обработку. Высокая точность,
полученная при изготовлении заготовок, позволяет значительно сократить их
механическую обработку и лишь после химико-термической обработки
220
применить доводочные операции. При объемной холодной штамповке
коэффициент использования металла может быть доведен до единицы,
например, при изготовлении метизов из бунтового металла на холодновысадоч-
ных автоматах при дальнейшем накатывании резьбы. Таким образом,
припуск на механическую обработку в этом случае равен нулю.
Изготовление заготовок конических шестерен методом холодной
объемной штамповки позволяет уменьшить припуск на обработку зубьев до 0,2 мм.
К числу основных процессов малоотходной технологии производства
заготовок относятся и комбинированные способы получения заготовок.
Например, для заготовок простой формы сварка трением сводит к минимуму
термические деформации, отходы металла и припуски на механическую
обработку. В частности, комбинированным способом изготовляют
скользящую вилку кардана автомобиля.
В некоторых случаях замена стальных поковок отливками из
высокопрочного чугуна с шаровидным графиком позволяет сократить перевод
металла в стружку на 60 %.
Значительное сокращение расхода металла в стружку возможно при
замене процесса резания пластическим деформированием. Например,
накатывание вместо нарезания резьбы и шлицев, прикатка зубьев колес вместо
шевингования, выдавливание фасок по периметру шлицевого отверстия вместо
резания и др.
Новым направлением в технологии обработки как металлических, так и
неметаллических деталей можно считать внедрение лазеров. Луч лазера
можно сфокусировать в точку, размер которой составляет сотые доли
миллиметра, и достигнуть температуры в сотни тысяч градусов. В частности,
возможность сваривать термообработанные изделия без их разупрочнения
позволяет значительно изменить технологический процесс изготовления
некоторых изделий.
Деформации, вызываемые термической обработкой деталей,
вынуждают оставлять значительные припуски на дальнейшую обработку
деталей. Применение лазеров позволит устранить деформацию деталей и в
ряде случаев необходимость механической обработки после термической
обработки.
Электрофизические и электрохимические методы позволяют
обрабатывать заготовки сложной формы и из трудно обрабатываемых материалов.
Например, электрохимическое удаление заусенцев при производстве
шестерен позволяет достигнуть высокого качества кромок без применения
процессов резания.
Комбинированные методы находят все более широкое распространение
не только при изготовлении заготовок, но и при их механической обработке.
В качестве примера рассмотрим процесс протягивания отверстий
комбинированным инструментом.
При изготовлении зубчатых колес обработка отверстий влияет на
качество изделия в целом. Применение заготовок с прошитым отверстием по-
221
зволяет включить несколько предварительных операций (сверление и зенке-
рование) и сразу осуществить протягивание отверстий.
Требования малоотходной технологии отразились и на конструкции
протяжного инструмента. В частности, деформирующее протягивание,
кроме окончательной и промежуточной операции, может являться и
подготовительной операцией, предшествующей дальнейшей обработке отверстий
резанием, причем припуск на последующую обработку отверстия резанием
может быть значительно уменьшен.
Применение деформирующих протяжек позволяет уменьшить расход
металла до 30 % и сократить обработку резанием, необходимую для
удаления дефектного поверхностного слоя.
Различные комбинации деформирующих и режущих элементов позволяют
не только уменьшить припуски на дальнейшую обработку отверстий, но и в
ряде случаев исключить ее полностью вследствие полного удаления заданного
припуска на операции протягивания. Применять комбинированное
протягивание можно для широкой номенклатуры деталей, например, для обработки
отверстий в коромысле клапана двигателя внутреннего сгорания, поворотного
кулака передней оси трактора, цилиндра амортизаторов мотоциклов, легковых
и грузовых автомобилей, втулки звена гусеницы трактора, внутренних колец
подшипников, деталей типа труб и цилиндров и т. д.
Достижения в области малоотходной технологии позволяют получать
более точные заготовки и интенсифицировать процесс механической
обработки.
Значительное сокращение припусков на обработку, а следовательно, и
сокращение расходов металла, может быть достигнуто при переходе на
принципиально новые технологические процессы; при этом припуск на
механическую обработку не должен превышать 1,5 мм на сторону.
Глава 3
Технологические процессы с использованием
различных методов обработки изделий
и обоснование их применения
3.1. Технологические процессы с использованием методов
обработки со снятием материала
3.2.1. Основные положения
Методы обработки резанием относят к обработке со снятием металла
(материала). Различают лезвийные и абразивные методы обработки (рис. 3.1).
Специализированные методы обработки изделий выделяют в отдельную
группу, так как им присущи особенности, связанные со спецификой
обработки различных профилей, твердостью материалов, доступностью
обрабатываемых поверхностей и др.
Обработка материалов резанием характеризуется снятием стружки.
Поэтому, например, резку металлов ножницами нельзя отнести к методам
обработки резанием, так как при этом не образуется стружка.
В процессе резания происходит внедрение режущего элемента
инструмента в обрабатываемый материал. Известно, что самой выгодной формой
Методы обработки
металлов резанием
1
Лезвийная обработка
Токарная
Сверлильная
Строгальная и др.
Протяжная
Фрезерная
- Комбинированная
1
Абразивная обработка
Шлифовальная
Полировальная
Комбинированная
i
Хонинеовальная
- Суперфиниширования
Притирочная и др.
Специализированные методы обработки
Обработка зубьев
и шлицев
Обработка
разьб
X
Обработка фасонных поверхностей,
трудноообрабатываемых
материалов и др.
Рис. 3.1. Укрупненная схема методов обработки металлов резанием
223
режущего элемента является клин, поэтому ему стремятся придать
рациональную геометрию и обеспечить высокую износостойкость.
Процесс механической обработки резанием, в зависимости от величины
снимаемого припуска и требований к качеству поверхностного слоя,
разделяют на обдирочный, черновой, получистовой, чистовой, тонкий и отделочный.
Следует различать комбинирование обработки внутри метода.
Например, обработку отверстия со снятием материала можно провести сверлом-
зенкером или сверлом-разверткой (тот и другой метод обработки со снятием
материала).
Совершенно другие условия обработки возникают при комбинировании
методов со снятием и без снятия материала или с дополнительным
воздействием на материал нагревом, охлаждением, ультразвуковыми колебаниями
или других сочетаниях нескольких методов одновременно. Некоторые из
таких комбинаций будут рассмотрены отдельно.
Процесс механической обработки материалов резанием является самым
распространенным в машиностроительной промышленности. Среди
способов воздействия со снятием материала, токарная обработка получила
наиболее широкое распространение. В процессе такой обработки выполняются
обтачивание, растачивание, подрезание, разрезание, сверление, зенкерование,
развертывание, накатывание, холодная размерная обработка материалов.
3.1.2. Технологические процессы токарной обработки
Траектории движений и силы резания
Токарная обработка обычно характеризуется главным движением
заготовки (Д.) и поступательным движением резца — движением подачи (Ds).
Элементами режимов резания является скорость (V), глубина резания
(t), продольная и (или) поперечная подача (S). В процессе обработки на
режущие поверхности инструмента действуют силы сопротивления,
препятствующие их перемещению по траектории рабочего движения (см. рис. 2.20).
Результирующая этих сил определяется как сила резания (Р). Вектор
равнодействующих сил (Рэ) может быть спроецирован на оси X, Y и Z. Проекцию
на ось X называют осевой составляющей (Рх), на ось Y — радиальной
составляющей (Ру), а на ось Z — вертикальной (тангенциальной)
составляющей силы резания (Pz).
Эти силы вызывают деформации технологической системы (станка,
приспособления, инструмента и детали), оказывающие влияние на
точностные показатели токарной обработки.
При черновом точении высокая жесткость технологической системы
позволяет принимать глубину резания равной припуску на обработку. На
каждом последующем проходе (получистовом и чистовом) глубина резания
назначается меньшей, чем на предыдущем. Высокая жесткость технологи-
224
ческой системы позволяет назначать при черновом точении максимальную
подачу. При чистовом точении подача ограничивается требованиями к
качеству обрабатываемой поверхности заготовки.
Основной составляющей технологической системы, обеспечивающей
высокую производительность и заданное качество обрабатываемых
поверхностей, является оборудование.
Технологические процессы токарных операций
Технологическое оборудование и оснастка для токарной обработки
отличается большим разнообразием.
Технологическим оборудованием называют средства технологического
оснащения, в которых для выполнения определенной части процесса
обработки размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них и
саму оснастку.
Технологической оснасткой называют средства оснащения,
дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части
технологического процесса (зажимные и контрольные приспособления,
режущий и деформирующий инструмент, литейные формы и др.).
В соответствии с классификацией металлорежущего оборудования
токарные станки относятся к первой группе, которую в свою очередь разделяют на
десять типов. К нулевому типу относятся специализированные токарные
станки, к первому — одношпиндельные, ко второму — многошпиндельные, к
третьему — револьверные, к четвертому — сверлильно-отрезные, к пятому —
карусельные, к шестому — токарные и лобовые, к седьмому — многорезцовые,
к восьмому — специализированные, к девятому — разные токарные.
Рассмотрим особенности некоторых типов токарных станков.
Токарно-каруселъные станки применяют в единичном и мелкосерийном
производстве. Крупные и тяжелые заготовки устанавливают на станок с
помощью такелажного оборудования.
Лоботокарные станки применяются в единичном и мелкосерийном
производстве для обработки заготовок типа дисков со значительными по
размерам торцевыми поверхностями и валов больших размеров, при этом
используют планшайбы диаметром до 4000 мм и более.
Токарно-револьверные станки используют в основном в серийном
производстве. Они предназначены для обтачивания, растачивания,
развертывания, нарезания резьбы. Применение таких станков, способных производить
обработку сразу несколькими инструментами, оправдывается только при
значительной партии заготовок (из-за сложной их наладки).
Токарно-винторезные станки используют для обработки самых
разнообразных по конфигурации поверхностей, включая нарезание резьбы.
Токарные станки разделяют также по массе на легкие (до 1 т), нормальные
(до 10 т), крупные (до 30 т), тяжелые (до 100 т) и уникальные (более 100 т).
По степени универсальности различают универсальные, специализирован-
8 Технология машиностроения
225
ные и специальные станки. По точности токарные станки подразделяют на
станки нормальной точности — Н (наиболее распространенные),
повышенной точности — П, высокой точности — В, особо высокой и точности — А и
особо точные, или прецизионные — С (так называемые мастер-станки).
Все эти цифры и буквы входят в индекс станка. Поскольку функции
станков постоянно расширяются, изменяется и система кодирования
индексов. Например, появилась необходимость в обозначении циклового
программного управления станком, которое обозначается буквой Ц, цифровая
индексация положения с предварительным набором координат — Ф1,
числовое позиционное программное управление — Ф2, числовое контурное
программное управление — ФЗ, наличие поворотной револьверной головки
для автоматической смены инструмента — Р, магазина — М и др.
При расшифровке кодового обозначения следует учитывать, что первая
цифра индекса обозначает группу по классификации металлорежущих
станков. Буква после первой цифры показывает на вариант исполнения. Буква в
конце цифровой части индекса может указывать на степень точности,
модификацию базовой модели или наличие конструктивных особенностей.
Станки разрабатывают по размерным рядам, представляющим группы
однотипных станков по конструкции и кинематической структуре, но имеющим
разные размеры. ГОСТом предусмотрено 13 размеров токарно-карусельных
станков. Токарные универсальные станки характеризуются наибольшим
диаметром обрабатываемой заготовки под направляющими станины и наибольшей
длиной заготовки. В частности, токарные станки с ЧПУ (16А20ФЗС139,
16А20ФЗС239 и др.) могут оснащаться промышленными роботами или
манипуляторами с различными захватными устройствами. Следует учитывать,
что комплект технологической оснастки к станку по стоимости часто
превышает стоимость самого станка, что позволяет исключить необходимость в
дополнительном оборудовании за счет высоких технологических
возможностей такого энергонасыщенного станка.
Промышленные роботы, входящие в состав модуля, комплектуют
различными типами поворотных блоков, отличающихся величиной угла
поворота и количеством фиксирующих точек положения. В зависимости от типа
блока заготовка может обрабатываться с двух установов без
промежуточного кантования или с кантованием между ними. Захватные устройства робота
различаются по грузоподъемности, диапазону захвата заготовок и
компоновке.
Токарные станки, как уже отмечалось, разделяют на горизонтальные и
вертикальные, одношпиндельные и многошпиндельные, параллельного и
последовательного действия, центровые и бесцентровые. Обычно токарные
станки используют для обработки поверхностей вращения, соосных оси
шпинделя. На токарных бесцентровых станках обрабатываемая заготовка
имеет продольную подачу, а резание осуществляется вращающимися
многорезцовыми головками. Эти станки относятся к группе специальных
станков и их используют для обработки сортового проката.
226
Многошпиндельные автоматы и полуавтоматы изготавливают с
четырьмя, шестью и восьмью шпинделями. На шпинделе станка заготовка
обычно закрепляется в цанговом патроне. Такие станки могут проводить
обработку с помощью продольных и поперечных суппортов. Число
поперечных суппортов часто соответствует числу шпинделей станка. Обработка
наружной поверхности заготовки может проводиться как поперечным, так и
продольным суппортом. Частота вращения инструмента устанавливается с
учетом вращения заготовки. Например, при нарезании резьбы метчиком
заготовка и метчик вращаются в одном направлении, но метчик вращается с
большей скоростью, а по окончании обработки скорость вращения метчика
становится меньше скорости вращения заготовки и метчик вывинчивается.
Основное технологическое время рассчитывается аналогично
многорезцовой параллельной обработке на токарных полуавтоматах, т. е. по
лимитирующему инструменту. Поэтому необходимо стремиться построить
технологические переходы так, чтобы на всех позициях время обработки было по
возможности одинаковым. Наибольшее внимание при этом уделяют
лимитирующей позиции.
Принцип последовательной концентрации операций обычно
реализуют при обработке заготовок на универсальных токарных станках в
условиях единичного и мелкосерийного производства, при этом приходится
часто переустанавливать заготовку, внося каждый раз погрешность уста-
нова. При крупносерийном производстве установы целесообразно
заменять позициями.
Обработку заготовок можно вести по принципу последовательной,
параллельно-последовательной и параллельной концентрации операций.
Применение принципа последовательной концентрации операции
представлено на рис. 3.2. На позиции 1 цанга пруткового автомата разжимается и
шестигранный пруток подается до упора, после чего цанга зажимает
заготовку, вылет которой строго определен. На позиции 2 производится обточка
правой шейки заготовки, на позиции 3 нарезается резьба, на позиции 4
обтачивается левая шейка, на позиции 5 сверлится отверстие, на позиции 6
выполняется канавка, на позиции 7 растачивается отверстие, на позиции 8
заготовка отрезается.
Такое построение технологической операции не позволяет использовать
всех возможностей оборудования, способного осуществлять параллельно-
последовательную и параллельную концентрацию операций, что наглядно
представлено на рис. 3.3. При этом могут быть использованы возможности
фасонного инструмента, обеспечивающего высокую точность взаимного
расположения обрабатываемых поверхностей. При необходимости можно
осуществлять переустановку заготовки.
На рис. 3.4 представлена схема обработки внутреннего кольца
подшипника на шестипозиционном горизонтальном токарном станке, у которого
позиции 1 и 2 являются загрузочно-разгрузочными, a 3,4, 5,6 — позициями
механической обработки заготовки с переустановкой ее на позиции 2.
227
ни
Позиция 1
Позиция 5
О, [
Позиция 2
Позиция 6
Позиция 3
Позиция 7
Позиция 4
Позиция 8
Рис. 3.2. Схема обработки заготовки на токарном прутковом автомате,
выполняемая по принципу последовательной концентрации операций
Крупные заготовки в виде дисков можно обрабатывать на
многошпиндельных вертикальных токарных станках последовательного действия, на
которых возможна обработка двух разных заготовок или одной заготовки с
двух сторон (двухцикловая обработка).
228
■Ш2Ш
Позиция 4
Позиция 5
Позиция 6
Рис. 3.3. Схема применения принципа параллельной концентрации операций
при обработке заготовок на многошпиндельном патронном токарном автомате
Две позиции станка являются загрузочно-разгрузочными. Круглый стол
с расположенными на нем шпинделями периодически поворачивается на 60
или 120°. Каждый шпиндель станка вращается независимо от других с
заданным для него числом оборотов. Заготовка устанавливается и снимается
на одной загрузочной позиции.
Применение схемы обработки с параллельной концентрацией операций
позволяет значительно сократить основное и вспомогательное время,
снизить трудоемкость и станкоемкость обработки.
В восьмишпиндельных горизонтальных патронных автоматах
поперечную обработку обычно ведут на первых шести позициях, размещая на
седьмой и восьмой загрузочно-разгрузочные устройства.
Восьмишпиндельные автоматы можно использовать для одновременной
обработки нескольких различных конструктивно несложных заготовок. В этом
случае их подача выполняется как на восьмой, так и на четвертой позиции, а
станок работает как два четырехшпиндельных. При наличии поворотных
устройств позиция 4 может использоваться для поворота заготовки, и на
следующих четырех позициях она будет обрабатываться с другой стороны.
Для компенсации деформаций при обработке нежестких заготовок
можно использовать специальные упорные оправки (рис. 3.5, а), проводить
одновременную обработку заготовки внутри и снаружи (рис. 3.5, б) или
обрабатывать с противоположных сторон одновременно (рис. 3.5, в).
229
Позиция 2
Позиция 4
Позиция 3
Рис. 3.4. Схема обработки с переустановкой заготовки
Токарное оборудование должно быть достаточно жестким и позволять
одновременную обработку в продольном и поперечном направлениях и
обеспечивать свободный доступ ко всем обрабатываемым поверхностям (под любым
углом), удобный подход для смены инструмента. Стружка, падающая от одного
инструмента, не должна затруднять процесс резания другого.
Многошпиндельные токарные автоматы обеспечивают продольное и
поперечное перемещение салазок с инструментом, причем все они имеют
возможность проводить обработку с независимыми друг от друга подачами,
что значительно расширяет технологические возможности обработки
заготовок на каждой отдельной позиции.
Заготовки могут обрабатываться и по нескольку штук одновременно,
как показано на рис. 3.6.
230
в)
ШЗ к
Рис. 3.5. Схемы компенсации деформаций при обработке нежестких заготовок
на многошпиндельных токарных автоматах:
а — с упорными оправками; б — одновременная обработка внутренней и наружной
поверхностей; в — обработка с противоположных сторон одновременно
На шестишпиндельном токарном автомате на позиции 1 обрабатывается
отверстие сразу для двух колец (гаек) и снимаются наружные фаски первого
кольца. На позиции 2 обрабатываются внутренние фаски на обоих кольцах и
левый торец с наружной фаской первого кольца. На позиции 3
обрабатывается наружная левая фаска второго кольца и нарезается резьба на двух
кольцах. На позиции 4 отрезается первое кольцо, на позиции 5 второе кольцо
обрабатывается окончательно, на позиции 6 отрезается второе кольцо.
Схема варианта обработки сразу нескольких заготовок с применением
фасонных инструментов и с компенсацией усилий их воздействия за счет
одновременной обработки внутренних поверхностей наглядно представлена
на рис. 3.7.
Приведенные примеры показывают, что технологические решения
могут быть самыми разнообразными, в зависимости от конструктивных и
231
Позиция 2
tZJ
Позиция 4
Ж:
(Р
t:
Позиция 3
Позиция 6
Рис. 3.6. Схема варианта одновременной обработки двух деталей
на многошпиндельном токарном автомате
Рис. 3.7. Схема обработки заготовок на многошпиндельном токарном автомате
технологических особенностей детали, предъявляемых к ней требований,
возможностей оборудования и других факторов.
Обработку сложных по конфигурации заготовок целесообразно
проводить на многошпиндельных токарных автоматах. Станки с ЧПУ позволяют
значительно расширить технологические возможности. Следует учитывать,
что быстрое совершенствование станков с ЧПУ постоянно изменяет область
их экономически целесообразного применения. Технологические
возможности таких станков определяются их конструкцией и техническими
характеристиками системы ЧПУ. Они обеспечивают обычно точность обработки
IT6, погрешность подстройки инструмента на размер находится в пределах
±0,02 мм, число оборотов вращения шпинделя составляет 100 с-1 и более.
Современное токарное технологическое оборудование имеет жесткую
конструкцию, позволяющую совмещать черновую и чистовую обработки,
обеспечивая при этом высокую точность и качество обрабатываемых поверхностей. В
тоже время требования к точности и жесткости токарных станков постоянно
повышаются, так как погрешности, допущенные при изготовлении станка,
переносятся на обработанную деталь. Поэтому при оценке возможности
обеспечения заданной точности обработки заготовок необходимо учитывать
индивидуальные возможности станка и степень его износа.
233
Технологическое оснащение токарных операций
Схемы установок и базирования заготовок. Оснастка токарного
станка позволяет значительно расширить его технологические возможности.
При изображении процесса токарной обработки заготовок часто
приходится выполнять операционные эскизы, а для этого необходимо уметь
пользоваться принятыми условными обозначениями. Заготовка в токарных станках
обычно устанавливается в центрах, на оправке или в самоцентрирующемся
трехкулачковом патроне, условные обозначения которых изображены в
табл. 3.1.
Таблица 3.1
Наименование
оснастки
Условное
обозначение
Пример нанесения
на технологическую схему
условного обозначения
Гладкие неподвижные центры
>-
Рифленый центр
<
з-
^
Плавающий центр
>~
<:
Вращающийся центр
03
4~
а-
$
Поводковый патрон
т
>-
*
Неподвижный люнет и любая
неподвижная опора
Л_
>-
ТАГ
Подвижный люнет и любая
подвижная опора
Л_
5Z:
> —
Цилиндрическая оправка и любые
другие опоры
60°
№
ю
Г////////////А
У/7/////////Л
Цанговая оправка
лк
{//////////Л
-£*.
V//////////A
234
Окончание табл. 3.1
Наименование
оснастки
Условное
обозначение
Пример нанесения
на технологическую схему
условного обозначения
Шлицевая оправка
~ХА
f//////////A
У//////////Л
^/С
Любой зажим
(может сочетаться с любым
обозначением опоры)
О
v
У/////////Л
У///////////)
Заготовка установлена в трехкулач-
ковом патроне с механическим
устройством зажима, с упором в торец,
с креплением в подвижном люнете и
поддерживается гладким
неподвижным центром (задней бабки)
JL
Обработка заготовок в трехкулачковом патроне часто чревата
дополнительными погрешностями из-за необходимости включения в операцию
дополнительного установа. При обтачивании вала по всей длине применяются
передние рифленые плавающие центры с несколькими острыми кромками,
врезающимися в торец обрабатываемой заготовки при нажиме на нее
задним центром.
Поводковый патрон (поводок, хомутик) используют при установке
заготовки в центрах для передачи крутящего момента от шпинделя к заготовке.
При этом необходимо учитывать влияние создаваемого им крутящего
усилия, давление на передний центр станка и изгибающий момент, вызываемый
расположением поводка на некотором расстоянии от переднего центра
станка.
При установке заготовок, длина которых больше 12 диаметров, в
качестве дополнительной опоры используют неподвижные и подвижные люнеты.
При закреплении заготовок по внутреннему отверстию или наружной
поверхности часто применяются цанговые оправки (из-за их быстродействия и
обеспечения самоцентрирования заготовки).
В табл. 3.2 представлены типы устройств зажимов и их условные
обозначения.
При закреплении изделий в приспособлениях используют различные
типы устройств, и их условные обозначения необходимо проставлять на
эскизах наладок (схем установок заготовок на станке). Например,
закрепление заготовки в гидропластовом патроне будет обозначаться на эскизе
знаком ~*г.
235
Таблица 3.2
Наименование типа
устройств зажима
Ручное, механическое
Пневматическое
Гидравлическое
Гидропластовое
Электрическое
Магнитное
Электромагнитное
Обозначение типа
устройств зажима
Без обозначения
Р
Н
Г
Е
М
ЕМ
В операционных эскизах для обозначения опор вид сбоку может быть
заменен одним символом с указанием количества одноименных опор и т. д.
При необходимости указать форму рабочей поверхности опоры используют
следующие символы:
Г\ — сферическая опора;
v^ — цилиндрическая (шариковая);
\/ — ромбическая;
\—/ — призматическая;
— — плоская;
V — коническая;
V — трехгранная.
Например, символ i^\l-^ означает, что неподвижная опора имеет
сферическую рабочую поверхность. Зажим заготовки одиночный
(механический) указывается символом V, а сдвоенный — символом v v. Закрепление
заготовок в приспособлении лишает заготовку всех шести степеней
свободы, при этом при приложении сил резания приспособление обеспечивает
неотрывность ее от базовых поверхностей. При обработке заготовок типа
полых цилиндров (гильз, стаканов и др.) острые рифленые зубья переднего
центра устанавливаются на конической поверхности фаски.
Фаска — скошенная часть поверхности небольших размеров, служащая
переходом от одной наружной или внутренней поверхности к другой. При
обработке фасок снимается незначительный припуск, поэтому эта операция
никогда не является лимитирующей. Фаски используются для снятия
заусенцев и затуплений острых кромок.
Заусенец — несрезанная стружка на краю обрабатываемой поверхности.
При вычерчивании схемы закрепления заготовки на токарном станке
необходимо указать и схему ее базирования. Примеры выполнения схем ус-
тановов и базирования заготовок на токарном станке представлены на
рис. 3.8 и 3.9.
Следует учитывать, что при установке заготовок в приспособлениях на
токарных станках существует большое разнообразие конструктивных реше-
236
it.
a)
Опорная V;
скрытая\< 5
oa." ■-^—
база
а)
Двойная направляющая
скрытая база
Опорная "У"
скрытая\
база j «J~T~
V
^
2,3> 1_
Двойная опорная
скрытая база
б)
Рис. 3.8. Схемы установа (а) и
базирования (б) вала по поверхностям
центровых отверстий
Установочная база
б)
Рис. 3.9. Схема установа (а) и
базирования (б) вала в трехкулачковом
патроне
ний. Например, кулачковые патроны выполняются с двумя, тремя и
четырьмя кулачками. Двухкулачковые самоцентрирующие патроны используют
для закрепления определенных фасонных заготовок, четырехкулачковые
самоцентрирующие патроны — для закрепления прутков квадратного
сечения, трехкулачковые самоцентрирующие патроны являются самыми
распространенными и предназначены для закрепления заготовок круглой и
шестигранной форм. Патроны несамоцентрирующиеся имеют
индивидуальную регулировку кулачков и применяются для закрепления заготовок
несимметричной формы. На выбор схемы установки заготовки на токарном
станке оказывает влияние не только ее форма, но и ее размеры, жесткость
технологической системы, точность и качество обрабатываемых
поверхностей. Например, при отношении длины заготовки к ее диаметру более
четырех заготовки обычно устанавливаются в патроне с поджимом задним
центром, более десяти — с дополнительным использованием жестких или
подвижных люнетов.
Инструмент, используемый при токарной обработке. Кроме станка и
приспособления в системе «станок — приспособление — инструмент —
деталь» существенное влияние на технологические возможности оказывает
инструмент. В частности, условия резания во многом зависят от выбора
оптимальной геометрии режущих кромок, форма заточки которых
определяется областью применения резцов.
Напомним, что резцом называется однолезвийный инструмент для
обработки заготовки с поступательным или вращательным главным
движением и возможностью перемещения в нескольких направлениях. При
обработке вязких сталей используют резцы с положительным передним углом, а
при обработке твердых сталей (ств > 1000 МПа) — с отрицательным
передним углом. С увеличением переднего угла улучшается сход стружки, но
237
уменьшается угол заострения. Угол наклона главной режущей кромки
влияет на направление схода стружки. Главный угол в плане оказывает влияние
на стойкость резца и скорость резания. При одной и той же глубине резания
и подачи сечение срезаемого слоя (форма стружки) будет зависеть от
главного угла в плане.
Стружка является первым и самым важным носителем зашифрованной
информации об условиях обработки. Научиться ее читать можно только
путем постоянных наблюдений, сопоставлений и анализа. Например, при
изменении одного из параметров режимов резания меняется и внешний вид
стружки.
Об условиях резания можно судить по форме стружки и ее кривизне.
Радиус кривизны стружки зависит от температуры резания, материала
заготовки и инструмента, режимов резания, СОЖ, геометрии режущей части
инструмента и других факторов.
На стружке хорошо видны следы частиц нароста, поверхность ее может
меняться от зеркальной, с геометрически правильной формой, до шершавой
(чешуйчатой) и деформированной. По изменению внешнего вида стружки
можно судить, в частности, о качестве обрабатываемых поверхностей и
износе инструмента.
В процессе обработки пластичных металлов с высокой скоростью
резания и небольшой подачей появляется сливная стружка. При обработке
твердых сталей с невысокой скоростью резания и большой подачей образуется
стружка скалывания. Изменение условий резания изменяет и форму
стружки (она может стать и сливной). При резании малопластичных материалов,
например чугуна, бронзы, образуется стружка надлома, состоящая из
отдельных элементов.
Особое внимание следует уделять появлению в непосредственной
близости от режущей кромки резца налипшего обрабатываемого материала
(нароста). На режущей кромке нарост имеет клиновидную форму, а его
твердость в 2-3 раза превышает твердость обрабатываемого материала. Нарост
изменяет заданную геометрию режущих кромок, при этом возрастают силы
резания и ухудшается качество обрабатываемых поверхностей. Постепенно
возрастая, а затем скалываясь, он приводит к мгновенному изменению условий
резания, затем, вновь образуясь, создает неопределенность процесса обработки.
Следует учитывать, что при резании чугуна нарост обычно не образуется.
Наибольшая вероятность появления нароста возникает при обработке вязких
материалов резцом из быстрорежущей стали при V = 10...20 м/мин, а для
твердосплавных резцов при V > 90 м/мин. Увеличение подачи ведет к возрастанию
вероятности появления нароста, поэтому чистовую обработку следует
проводить с небольшими подачами. Глубина резания на возрастание нароста
значительного влияния не оказывает. Высокое качество режущих элементов, выбор
оптимальных режимов резания, материала инструмента, СОЖ, соблюдение
технологической дисциплины позволяют значительно снизить влияние
нароста и даже исключить его появление на режущих кромках инструмента.
238
В процессе резания неизбежно подвергается износу любой инструмент,
в том числе и токарные резцы, что оказывает влияние на качество
обрабатываемых поверхностей заготовок.
Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния
поверхности вследствие разрушения поверхностного слоя изделия, в частности при
трении. Износ бывает приработочный, установившийся, критический,
допустимый, естественный.
Приработочный интенсивный износ происходит в начальный период
работы инструмента.
Установившийся износ возникает после приработочного и имеет
меньшую интенсивность нарастания.
Критический износ быстро прогрессирует, и при его обнаружении
дальнейшая работа прекращается.
Естественный износ протекает с соответствии с известными
закономерностями.
Различают абразивный, абразивно-механический, адгезионный,
диффузионный и другие виды износа инструмента при резании металлов.
Абразивный износ обусловлен наличием царапающих и режущих
твердых частиц в зоне контакта.
Абразивно-механический износ является результатом сочетания
абразивного и усталостного износов.
Адгезионный износ можно представить в виде периодического отрыва
микроскопических частиц с поверхности резца из-за молекулярного
взаимодействия в зоне контакта с заготовкой.
Диффузионный износ возникает в результате избирательного переноса
частиц.
Все эти виды износа имеют место при работе инструментов токарной
группы. Большое влияние на износ инструмента оказывает диффузионный
износ, который наиболее интенсивно протекает при температуре 900... 1200 °С
и является результатом растворения материала заготовки и инструмента.
Учитывая все возрастающую тенденцию к повышению скорости обработки,
а следовательно, и температуры контактирующих поверхностей, влияние
диффузионного износа будет возрастать. Активность процесса растворения
повышается с возрастанием температуры, при этом происходит изменение
химического состава и физико-химических свойств рабочих поверхностных
слоев резцов, что снижает их износостойкость.
Чем больше в обрабатываемом металле углерода, хрома, вольфрама,
титана и молибдена, тем интенсивнее протекает износ резцов, тем тщательнее
необходимо проводить подбор режущих элементов и определять условия
обработки (режимы резания, припуски, СОЖ и т. д.).
Износ инструмента оценивают различными методами: по размеру,
форме режущей кромки, массе унесенного износом инструментального
материала и др. Оценка геометрических размеров, формы износа наиболее
наглядна и доступна для изучения в производственных условиях, поэтому она
239
нашла наиболее широкое применение в
машиностроительной промышленности.
Лимитирующим является износ по
задней поверхности (рис. 3.10). Например,
разрушение твердосплавных пластин может
возникнуть при износе их задней
поверхности (достигающей 1 мм).
Наибольшее влияние на износ резца
оказывает скорость резания, в меньшей
степени подача, еще в меньшей степени —
глубина резания. Значительное влияние на
износ элементов резца оказывают также характеристики обрабатываемого
материала и инструмента, качество заточки, доводки, переточки и
геометрии инструмента, величина и равномерность снимаемого припуска, СОЖ и
многие другие факторы, все это затрудняет процесс прогнозирования
величины износа и создает значительный разброс результатов исследований.
Типичные виды износа резцов представлены в табл. 3.3.
t, мин
Рис. 3.10. Схема износа резца:
/ — износ передней поверхности
резца; 2 — износ задней
поверхности резца
Таблица 3.3
Тип резца и вид износа
Обрабатываемый
материал
Износ h, мм
при черновой
обработке
при чистовой
обработке
Проходные
Сталь,
чугун
ковкий
1.5-2.0*
1,0-1,5**
0.8-1.0
0,8-1,0
Подрезные
Чугун
серый
3.0-4.0
1,5-2,0
1.5-2.0
0,8-1,0
240
Окончание таблицы 3.3
Тип резца и вид износа
Обрабатываемый
материал
Износ h, мм
при черновой
обработке
при чистовой
обработке
Расточные
Сталь,
чугун
ковкий
Чугун
серый
1.5-2.0
0,8-1,2
1,0-1,4
0.8-1.0
0,3-0,5
0,4-0,6
Прорезные, отрезные
Сталь,
чугун
ковкий
Чугун
серый
1.5-2.0
0,8-1,2
2,0-3,0
1,0-1,4
Круглые, призматические
Сталь
1.0-1.2
0,8-1,0
0.3-0.5
0,3-0,5
* Износ при обработке быстрорежущими резцами.
** Износ при обработке твердосплавными резцами.
241
Восстановление режущей способности резцов
Переточка режущей
части
Замена режущей
части
Однократная
Многократная
Периодическая
Принудительная
(твердосплавные
перетачиваемые
пластины)
1
Систематическая
(самовращающиеся
круглые пластины)
Механическая
(самоперемещение)
Автоматическая
замена
Рис. 3.11. Восстановление режущей способности резцов
С ростом ширины площадки износа увеличиваются силы резания,
выделяется большее количество теплоты и ухудшаются качественные показатели
обрабатываемых поверхностей, поэтому требуется периодическое восстановление
режущих свойств рабочих поверхностей инструмента. На рис. 3.11 и 3.12
представлены некоторые способы восстановления режущей способности резцов.
Заточка резцов из инструментальных сталей может выполняться по
передней и задней граням (рис. 3.12, а). Применяется такая заточка при их
интенсивном износе по передней и задней граням, и условия наладки либо
допускают некоторое снижение вершины резца, либо компенсируют ее.
Заточку по задней грани проводят при ограничении возможности
снижения вершины резца по отношению к оси заготовки и большом переднем
Линия отрезки
аоловки резце
6)
в)
a -
242
Рис. 3.12. Схемы заточки резцов из инструментальных сталей:
по передней и задней граням; б — по передней грани; в — по двум задним граням
угле. Через определенное количество
переточек срезается головка резца.
Заточка по задней грани всегда
осуществляется для резцов с напайными
твердосплавными пластинами. Заточка по
передней грани производится для
сохранения профиля круглых призматических
резцов (рис. 3.12, б). Заточка по двум
задним граням обычно осуществляется у
резцов, имеющих угол в плане менее 90°
(рис. 3.12, в). Величину стачивания
материала при заточке А/ (рис. 3.13)
определяют по формуле
cos У резцов
где h — величина износа резца по задней грани; а — задний угол режущей
кромки резца; у — передний угол режущей кромки резца; Тг — допуск на
заточку (переточку) резца.
Заготовки из твердосплавных материалов изготавливают, как правило,
холодным прессованием из смеси порошков карбидов и связующего
материала с последующим спеканием и прессованием. Химический состав и
физико-механические свойства некоторых наиболее распространенных твердых
сплавов представлены в табл. 3.4.
Использование резцов с твердосплавными неперетачиваемыми
пластинами более рационально, чем из быстрорежущих и других
инструментальных сталей. Твердые сплавы являются одним из основных
инструментальных материалов, применяемых для режущей части резцов. Следует
учитывать, что вольфрам в составе твердых сплавов обеспечивает значительно
больший эффект, чем в быстрорежущей стали. При равном количестве
затраченного вольфрама инструмент из твердого сплава в состоянии
обработать в 5 раз больше металла, чем инструмент из быстрорежущей стали;
следовательно, использование твердого сплава даже с точки зрения применения
дефицитного вольфрама более целесообразно.
Твердые сплавы являются как бы псевдосплавами карбидов вольфрама,
титана, ванадия с кобальтом, никелем или железом. Карбиды — тугоплавки,
металлы — вязки, они сцепляют карбиды, создавая материал с высокими
показателями износостойкости и прочности.
Применение износостойких покрытий является одним из важных
направлений, повышающих эффективность токарных резцов, и во многом
зависит от состава толщины и качества соединения покрытия с основанием
(рис. 3.14). Применение износостойких покрытий позволяет повысить
стойкость инструмента в 2 и более раз.
Рис. 3.13. Схема оценки величины
стачивания материала при заточке
243
Таблица 3.4
Сплав
ВК-3
вк-зм
ВК-4
ВК-4В
ВК-6
ВК-6М
ВК-60М
ВК6-В
ВК-8
ВК-8-В
ВК8-ВК
ВК-10
ВК10-М
ВК 10-ОМ
вкю-кс
вкп-в
вкп-вк
ВК-15
ВК-20
ВК20-КС
ВК20К
ВК25
Т30К4
Т15К6
Т14К8
Т5К10
Т5К12
Т17К12
ТТ8К6
ТТЮКВ-6
ТТ20К9
Основной состав смеси, %
карбида
вольфрама
97
97
96
96
94
94
92
94
92
92
92
90
90
88
90
89
89
85
80
80
80
75
карбида
титана
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
карбида
тантала
—
—
—
—
—
—
2
—
—
—
—
—
—
2
—
—
—
—
—
—
—
—
кобальта
3
3
4
4
6
6
6
6
8
8
8
10
10
10
10
11
11
15
20
20
20
25
Титано-вольфрамовая группа
66
79
78
85
83
30
15
14
6
5
4
6
8
9
12
Титано-тантало-вольфрамовая группа
81
84
82
71
4
8
3
8
3
2
7
12
12
6
8
9
Временное
сопротивление,
МПа
1100
1000
1400
1400
1500
1350
1200
1550
1600
1750
1750
1650
1500
1400
1750
1800
1800
1800
1950
2050
1550
2000
950
1150
1250
1400
1650
1450
1250
1450
1300
Неперетачиваемые пластины с износостойким покрытием обеспечивают
экономически наиболее выгодный вариант использования резцов, имеющих
высокую стойкость и не требующих восстановления их рабочей части за
счет переточек.
Инструмент из сплавов группы ВК не рекомендуется для обработки
углеродистых и легированных сталей, из-за того что зерна карбида вольфрама
в этом случае подвергаются интенсивному диффузионному и адгезионному
изнашиванию. Твердосплавный инструмент из группы ТК предназначен для
244
Стойкость резцов
с износостойкий покрытием
Вид механической,
химической и физи-
-I ческой очистки
(подготовки) поверхности
под покрытие
Технологический
процесс нанесения
износостойкого
покрытия
Состав покрытия
Толщина покрытия
Качество соединения
покрытия с основой
обработки конструкционных сталей,
которые имеют большую твердость и
теплостойкость, но меньшую теплопроводи-
мость, чем сплавы группы ВК.
Сплавы группы ТК значительно
лучше сопротивляются изнашиванию.
При обработке заготовок с
неравномерным припуском, когда возможны
ударные нагрузки при входе и выходе
инструмента и прерывистом резании,
целесообразно использовать твердосплавные Рис. 3.14. Схема влияния различных
группы ТТК. факторов на стойкость резцов с из-
Минералокерамические пластины носостойким покрытием
позволяют повысить производительность чистовой обработки заготовок.
Если предельной скоростью резания пластин из твердого сплава является
10 м/с, то для керамических пластин — 15... 18 м/с.
При обработке сталей допустимый износ по задней поверхности
керамических пластин для проходных и расточных резцов составляет
0,2...0,3 мм, чугуна 0,3...0,5 мм.
Применение сверхтвердых синтетических материалов (композитов)
позволяет значительно расширить технологические возможности метода
токарной обработки заготовок. Например, режущие свойства резцов из эльбо-
ра Р (композит 01) значительно выше, чем резцов с пластинками из твердого
сплава и минералокерамики. С увеличением твердости обрабатываемой
стали преимущество резцов из эльбора Р значительно повышается, так как их
стойкость при точении закаленных сталей будет выше в 5-20 раз по
сравнению с минералокерамическими и твердосплавными резцами.
Область применения алмазных режущих элементов при чистовой
токарной обработке постоянно возрастает, но при этом следует учитывать
особенности такого инструмента. На режущей кромке алмазного резца
вначале образуются микротрещины, затем в них попадают микрочастицы
металла, которые, постепенно накапливаясь, создают в микротрещине
расклинивающее действие, тем самым формируя все более благоприятные условия
для накопления новых микрочастиц обрабатываемого материала. Оценку
износа алмазных резцов проводят по задней поверхности. Допустимым
является износ в пределах 0,2...0,4 мм.
В качестве инструментальных сверхтвердых материалов используют
синтетические поликристаллы алмаза, нитрида бора и композиты.
Синтетические и природные алмазы применяют главным образом для обработки
цветных металлов, пластмасс и керамики, в меньшем объеме — для
обработки закаленных сталей и чугунов.
Резцы являются наиболее распространенными режущими
инструментами. Ежегодно в машиностроительной промышленности России
используется около 300 млн резцов, большинство из которых изготовлено из твердых
245
Рис. 3.15. Схемы резцов с различной формой неперетачиваемых пластин,
примеры их применения
сплавов, поэтому расширение их технологических возможностей имеет
большое народнохозяйственное значение.
Применение многогранных, круглых и фасонных твердосплавных
пластин с износостойким покрытием алмазных и заменяющих их вставок
позволяет по-иному решать вопросы эксплуатации инструмента, выбора
режимов резания, применения оборудования технологической оснастки и
средств автоматизации. Расширяется диапазон конструкций державок
резцов и режущих пластин, имеющих различную геометрическую форму,
зависящую от обрабатываемых поверхностей (рис. 3.15).
Неперетачиваемые пластины делят на двусторонние и односторонние.
На первый взгляд двусторонние пластины предпочтительнее, так как
количество режущих кромок у них в 2 раза больше, чем у односторонних
пластин, однако у них площадь, контактирующая с опорой поверхностью
головки резца, меньше, что повышает вероятность их разрушения. Поэтому
двусторонние пластины целесообразно использовать для легких и средних
условий работы, а односторонние — для тяжелых.
На неперетачиваемых пластинах стружколомающие канавки могут быть
получены в процессе прессования или шлифования. Пластины со
шлифованными канавками рекомендуется применять для обработки алюминиевых
и других цветных металлов и сплавов.
Резцы с круглыми пластинами могут принудительно вращаться,
самовращаться или не вращаться. В последнем случае пластины по мере износа
поворачиваются на заданный угол (аналогично многогранным неперетачиваемым
пластинам). Крепление самовращающихся пластин зависит от их конструкции
и предъявляемых требований к процессу обработки. Режущие круглые
пластины изготавливаются совместно с осью или со сквозным отверстием.
246
Вращение пластины происходит из-за сил трения, возникающих между
режущей и обрабатываемой поверхностями. Направление вращения зависит
от того, к какой (к отрабатываемой или к уже обработанной) поверхности
заготовки обращена задняя поверхность пластины. Соответственно,
существует понятие прямого и обратного резания. В том случае, когда задняя
поверхность пластины обращена к обработанной поверхности, вращение пластины
совпадает с направлением подачи (прямое резание). Если задняя поверхность
пластины обращена к необработанной поверхности заготовки, то вращение
режущей пластины не совпадает с направлением подачи (обратное резание).
За счет наклона режущей кромки самовращающихся круглых пластин
можно повысить их стойкость.
Эксплуатационные характеристики и технологические возможности
таких пластин (независимо от направления вращения, угла наклона и способа
крепления) зависят от условий для дробления стружки.
Токарной обработке обычно подвергаются заготовки с твердостью
156-260 НВ, однако современные керамические материалы,
выполненные, например, на основе триоксина алюминия, нитрида кремния с
различными добавками (качественные характеристики которых близки к
синтетическому алмазу), позволяют обрабатывать заготовки с твердостью
до 59 HRC3.
Токарные пластины могут оснащаться режущей кромкой, выполненной
из более прочного материала, чем основание. Сменные пластины из
высокопрочного твердого сплава, у которых одна из вершин имеет вставку из
синтетического поликристаллического алмаза, могут использоваться,
например, для обработки алюминиевых сплавов, при этом скорость резания может
достигать 500 м/с при подаче 0,1.. .0,5 мм/об.
Неперетачиваемые минералокерамические пластины обычно
применяют при обработке закаленных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов.
Конструкции пластин (и их крепления) аналогичны конструкциям
твердосплавных неперетачиваемых пластин.
Минералокерамика имеет низкую теплопроводимость и склонна к
образованию трещин. При установке керамические пластины не должны
выступать за габариты головки резца более чем на 1 мм. Их не применяют при
прерывистом резании и на заготовках, имеющих значительные перепады
припуска, так как разрушение пластин происходит уже при входе и выходе
их из зоны резания. Поэтому целесообразно использовать керамические
пластины только в условиях получистовой и чистовой обработки, в
стабильных условиях непрерывного резания.
Применение сверхтвердых материалов и керамических пластин при
обработке металлов резанием позволяет уменьшить основное время в 5-10 раз.
Скорость резания выбирают максимально возможной, глубину — исходя из
припуска, а подачу — в зависимости от заданных величин параметров
шероховатости. Следует учитывать, что эффективность применения
сверхтвердых материалов для точения зависит в большей мере от оборудования,
247
г) д) е)
Рис. 3.16. Схемы крепления неперетачиваемых пластин
чем от инструмента. На низкоскоростном, нежестком оборудовании
эффективность таких резцов не будет реализована.
Токарные станки с ЧПУ оснащаются приводом, развивающим мощность
до 90 кВт и скорость вращения шпинделя более 800 с-1. При таких скоростях
теплота отводится со стружкой и в заготовке не возникает температурных
деформаций, что позволяет после черновой обточки переходить на чистовую и
при этом иметь отклонение от цилиндричности в пределах 5 мкм.
Применение твердых сплавов, керамики, поликристаллических
сверхтвердых материалов повышает требования к беззазорности крепления таких
пластин, точности и повторяемости установки (положение режущей кромки
пластин при их повороте).
Рассмотрим некоторые способы крепления пластин.
Первый способ крепления (рис. 3.16, а) используют для пластин с
цилиндрическим отверстием с креплением угловым рычагом («сапожком»).
Основными преимуществами этого способа являются — надежное
закрепление пластины, малое количество составных частей крепления и
беспрепятственный сход стружки.
Второй способ (рис. 3.16, б) используют для пластин с цилиндрическим
отверстием. Зажимное устройство, имеющее форму клина, одновременно
прижимает пластину к жестко установленному штифту и вниз к подкладке.
Применение этого типа крепления предпочтительнее при обработке с
переменным направлением резания. Низкопрофильный клин-прихват не
препятствует сходу стружки.
Третий способ крепления (рис. 3.16, в) используют для пластин без
отверстия, прихватом сверху. Для обеспечения высокой точности установки
применяют шлифованные по периферии пластины и недорогие державки
для общего применения.
248
Рис. 3.17. Схема расточной
комбинированной головки
Четвертый способ крепления
(рис. 3.16, г) характерен для пластин
с отверстием или с фаской (с
креплением винтом через пластину).
Этот быстрый и надежный способ
крепления, не препятствующий
сходу стружки. Специальные
конструкции обеспечивают управление
стружкообразованием при малых
подачах и глубинах резания.
В случае вертикального
расположения пластин, их крепят через
отверстие изогнутым штифтом
(тягой) в направлении
результирующей силы резания (рис. 3.16, д, е).
Принцип концентрации операций осуществляется за счет применения
комбинированного инструмента (рис. 3.17). Неперетачиваемые
многогранные пластины, более совершенные конструкции их крепления и наладки
позволяют использовать сложный комбинированный инструмент как для
обработки наружных, так и внутренних поверхностей заготовок.
Обрабатывать внутренние поверхности всегда гораздо сложнее
наружных. Поэтому при расточке все шире используют алмазный инструмент.
Оборудование для тонкого алмазного точения должно обеспечивать
частоту вращения шпинделя 25...200 с"1, подачу 0,01...0,2 мм/об. Повышенная
хрупкость алмаза делает его очень чувствительным к вибрациям, что также
повышает требования к оборудованию.
Обычно СОЖ при точении алмазными резцами не применяют из-за
возможности термоудара и разрушения режущей кромки. В то же время
использование СОЖ возможно на станках с закрытой рабочей зоной,
обеспечивающей постоянное нахождение режущей кромки в потоке СОЖ.
При тонком (алмазном) точении использование алмазных резцов
обеспечивает более высокую стойкость, чем твердосплавных, но они не
выдерживают ударную нагрузку. Возможности оборудования и инструмента
нельзя рассматривать в отрыве от особенностей технологического процесса,
являющегося определяющим при выборе оптимального решения задачи,
обеспечения заданного качества изделий.
Отделочно-расточная обработка имеет свои технологические и
конструктивные особенности. Окончательная обработка отверстий на расточных
станках обеспечивает высокое качество рабочих поверхностей изделий и
зависит от точности шпиндельных головок алмазно-расточных станков.
Скорость вращения шпинделя определяется типом и размерами
подшипников (шариковые, роликовые, игольчатые и жидкостного трения).
При растачивании скорость резания меньше, чем при точении, что
обуславливается степенью жесткости борштанг, вибрации которых при боль-
249
ших скоростях вызывают погрешность обработки. Поэтому следует
применять борштанги, один конец которых крепится в шпинделе, а другой имеет
опору в люнете задней стойки станка.
Борштанги обычно выполняются консольными и устанавливаются на
радиальном супорте расточного станка. Упругую деформацию консольной
оправки определяют по формуле:
Л
у
ЪЕЗ'
где Ру — составляющая силы резания; / — вылет оправки; Е — модуль
продольной упругости материала оправки (для углеродистой стали Е = 2,1 • 102 ГПа);
J— момент инерции сечения тела оправки (для круглого сечения J = 0,05^).
При обработке заготовок на расточных станках часто используют резцы
с цилиндрическим стержнем (рис. 3.18, а) и резцы на державке (рис. 3.18, б),
также возможна обработка одновременно двумя резцами (рис. 3.18, в).
Пример расположения оправки при расточке нескольких отверстий представлен
на рис. 3.18, г.
Режущие твердосплавные пластины могут устанавливаться на
вращающейся оправке позволяющей за счет ее поворота легко заменить
износившуюся пластину. На рис. 3.19, а представлена схема поворотного резца, а на
рис. 3.19, б и в — варианты их применения. Такое конструктивное решение
целесообразно использовать для расточных резцов с напайными пластинами.
Для повышения жесткости расточных борштанг уменьшают их длину и
увеличивают диаметр.
Припуск на предварительное растачивание составляет 0,35...0,4 мм
(при диаметре отверстий до 50 мм), и 0,4...0,6 мм (при диаметре отверстия
Рис. 3.18. Схемы растачивания отверстий:
а — резцом с цилиндрическим стержнем; б — резцом на державке; в, г —
одновременно двумя резцами; 1 — заготовка; 2 — резец; 3 — державка; 4 —
стойка
250
|-РТ°гч
ЖФ*.
а) б) в)
Рис. 3.19. Схемы поворотного резца (а) и варианты его применения (б, в)
50... 150 мм). На чистовую (окончательную) обработку отверстия припуск
часто составляет 0,1 мм независимо от диаметра обрабатываемого отверстия.
Применение в качестве режущей части резцов сверхтвердых материалов
на основе нитрида бора (композиты 01; 0,2; 0,5; 0,9; 10, Боразон, Амборит и
др.) и алмаза (Карбонит, Компакс, Мегадаймонд и др.) позволяет проводить
токарную обработку на скоростях до 20 м/с и достигать величины параметра
шероховатости Ra =0,5...0,1 мкм.
Керамические пластины (ЦМ-332, ВОК63, ОНТ-10, силинит-Р и др.)
применяют при скоростях резания до 15 м/с.
Обычно прецизионное точение осуществляется на скорости резания от
1,5 до 15 м/с, подаче от 0,01 до 0,15 мм/об и глубине резания от 0,05 до 0,3 мм.
При этом достигается 5-7 квалитетов точности и шероховатость в пределах
Ra = 3,2...0,32 мкм. При обработке алмазными резцами алюминиевых
сплавов параметр шероховатости составляет Ra = 0,32...0,2 мкм, а для медных
сплавов Ra = 0,2...0,1 мкм. Для обеспечения таких показателей необходимо
использовать жесткое и высокоточное оборудование. В обычных условиях
обработки достигаются 8-9 квалитетов точности и шероховатость в пределах
Ra = 2,5...0,8 мкм. Следует учитывать, что при расточке отверстия большое
влияние на качественные показатели оказывает отношение длины (Lp) к
диаметру (Д) обрабатываемых отверстий. Короткими считаются отверстия,
А> А> Lv
у которых —-<2, средними —- = 2...4, длинными —->4.
D3 D3 D3
Большинство прецизионных станков для расточки отверстий
обеспечивают частоту вращения от 2 до 20 с-1, радиальное биение подшипников
рабочих шпинделей до 0,003 мм, подачу от 0,01 до 0,2 мм/об.
Как правило расточные станки (для чистовой обработки) выполняются
многошпиндельными.
Алмазно-расточные станки в зависимости от расположения
обрабатываемых поверхностей заготовки бывают с односторонним и двухсторонним
горизонтальным и вертикальным расположением шпинделей, наклонные,
трехсторонние, четырехсторонние, с подвижным столом или подвижными
шпинделями.
251
При растачивании отверстий можно использовать мерный плавающий
инструмент. В этом случае при соприкосновении с заготовкой инструмент
центрируется своей заборной частью относительно обрабатываемого
отверстия. Целесообразно совмещение в одном приспособлении чернового
расточного резца и плавающего мерного расточного блока. Плавающий расточной
инструмент эффективно применяют при обработке отверстий диаметром
более 40 мм. Количество режущих или выглаживающих элементов может быть
и более двух, но наиболее технологичными считаются двухлезвийные
расточные блоки, из-за простоты их наладки и меньшей себестоимости.
В период установившегося резания плавающий двухлезвийный блок
самоустанавливается в отверстии заготовки и происходит равномерное
деление припуска между двумя режущими кромками. В то же время условия
резания каждой режущей кромкой неодинаковые (разные геометрия,
степень износа режущих кромок, механические свойства обрабатываемого
материала и др.). Поэтому необходимо обеспечивать равные условия стружко-
образования, устанавливая одинаковые режущие пластины и проводя их
тщательную наладку. Обе режущие кромки располагают в одной плоскости
(перпендикулярной направлению подачи). Направляющая державки блока
должна обеспечивать высокую жесткость. На рис. 3.20 представлен
двухлезвийный регулируемый расточной блок, оснащенный круглыми неперета-
чиваемыми твердосплавными пластинами, закрепленными винтовыми
эксцентриками.
В корпусе блока 1 установлены круглые
твердосплавные пластины 2, закрепленные
резьбовыми эксцентриками 3 и регулируемые
на размер упорными винтами 4. По мере
износа обновление режущих кромок пластин
осуществляется за счет их поворота.
Применение мерных плавающих
инструментов является одним из эффективных
способов повышения качества обработки
отверстий.
При тонком точении применяются
расточные, проходные и подрезные резцы с
режущими элементами из твердых сплавов,
минералокерамики, алмазов и др.
Резцами из сверхтвердых материалов
можно снимать стружку толщиной 0,02 мм.
Но как бы остро не затачивали резец, его
режущая кромка всегда имеет радиус скруг-
ления. Существуют три вида воздействия
радиуса скругления режущей кромки на
обрабатываемую поверхность заготовки:
резание, пластическое вытеснение и упругое от-
4
а)
Рис. 3.20. Двухлезвийный
регулируемый плавающий
расточной блок:
/ — корпус; 2 — твердосплавные
пластины; 3 — резьбовой
эксцентрик; 4 — упорный винт
252
Рис. 3.21. Схема взаимосвязи величины
радиуса скругления режущей кромки
переднего угла и толщины срезаемого
слоя
теснение металла, т. е. трение лезвия
по обрабатываемой поверхности без
снятия стружки (рис. 3.21). При работе
с малыми толщинами среза а радиус
скругления режущей кромки резца — г
оказывает влияние на процесс резания
за счет изменения переднего угла у.
При доводке алмазным кругом
режущей кромки резца, выполненной из
твердого сплава ВК6М, угол
заострения может составить 17 мкм, из мине-
ралокерамики — 30...40 мкм, из
быстрорежущей стали и сверхтвердых
материалов — 6...8 мкм, алмазных —
1...2 мкм. Величина радиуса
скругления режущей кромки зависит от способа обработки передней, задней
поверхности и зернистости инструментального материала. Увеличение
радиуса при вершине режущей кромки резца приводит к уменьшению толщины
срезаемого слоя, поэтому учитывая, что глубина резания при тонком
точении часто соизмерима с радиусом скругления режущего лезвия, особое
внимание обращают на вершину резца.
Анализ вариантов токарной обработки. Разрабатывая вариант
токарной обработки заготовки, необходимо учитывать, что количество вовлекаемых
в работу инструментов ограничено жесткостью технологической системы,
мощностью станка, конструкцией резцедержателей и другими факторами.
Следует учитывать также многовариантность технологических решений*.
Рассмотрим в качестве примера
варианты обработки шеек ступенчатого вала.
Напомним, что шейкой вала
называется цилиндрический участок
детали, помещаемый при сборке в опорную
деталь (рис. 3.22).
Заготовка может быть выполнена
уже приближенной к форме готовой
детали. В условиях массового
производства ее поверхности могут быть
обработаны по принципу последовательной
концентрации операций (рис. 3.23, а).
Обточка ступенчатого вала может
проводиться в несколько проходов, по от-
Рис. 3.22. Схема изделия с
установленным в нем валом:
1 — вал; 2,3 — шейки вала; 4, 5 -
пуса опорных деталей
■ кор-
Обеспечивая заданную точность токарной обработки, особое внимание следует
уделять жесткости технологической системы («станок — приспособление — инструмент —
деталь»). При этом необходимо учитывать разножесткость заготовки.
253
lywwvwvwv
-5-
£fc
VVVVWVVV'
шгггтв
ttVVVVVYVVV*
ЙВВ£ВШ53ВВ2!
a;
в;
г;
ezzzzzzzzzz
ssssssssss
ш
FW^
ЖЖ
а;
Рис. 3.23. Варианты обработки ступенчатого вала
дельному копиру. После каждого прохода суппорт с резцом перемещается в
исходное положение, а барабан на котором установлены все необходимые
для операции копиры автоматически поворачиваются в рабочее положение,
при этом автоматически изменяется скорость вращения и заготовки и
подача копировального суппорта. При этом многоинструментальная наладка
может вызвать деформацию валика под действием сил резания из-за
значительной его неравножесткости (рис. 3.23, б).
Как правило, ступенчатый вал изготавливается из однопрофильного
проката, при этом возможны различные варианты обработки его ступеней
(рис. 3.23, в, г, д). Припуск можно снимать полностью на каждой шейке
вала, причем удалить его можно разными вариантами: вначале с поверхности
шейки А, затем В, и наконец С, т. е. вариант А-В-С. Возможны и другие
варианты: С-В-А, В-С-А, А-С-В, В-А-С, С-А-В (рис. 3.31, в). Обработку
каждой из шеек вала можно проводить за несколько технологических
проходов, что увеличит количество вариантов. Обработку вала можно начинать с
обработки на проход шейки А, затем обрабатывать каждую шейку по схеме
В-А или А-В, т. е. последовательно обтачивать (отдельно) каждую шейку
254
вала. Последовательность технологических переходов зависит от диаметра
вала, его длины, припуска, глубины дефектного поверхностного слоя и
других факторов. При выборе варианта обработки следует учитывать
возможности возникновения деформаций, особенно при черновой обработке. Если
сразу снять весь припуск с шейки С, это ослабит вал и появится его неров-
ножесткость. При черновой обработке других шеек вал будет
деформироваться, а возникшие погрешности будет уже невозможно исправить из-за
отсутствия припуска. Следовательно, обрабатывать вал лучше в такой
последовательности, при которой в наименьшей степени снижается жесткость
заготовки (не возникает значительная неравножесткость вала). Чистовые
проходы следует выполнять только в конце операции, а при значительной
неравножесткости ступеней — разделяя их на получистовые и чистовые.
Вариантов обработки может быть очень много, и задача заключается в
выборе наиболее экономически выгодного.
Наладка оборудования. Налаживая токарный станок для обработки
партии валов необходимо найти значение настроечного (наладочного)
размера (Аи) и провести установку резца на размер, обеспечивающий получение
максимально возможного количества годных деталей. На рис. 3.24, а
условно изображен резец с радиусом при вершине Rp, установленный на размер
Ан. По мере износа резца диаметр обрабатываемых валов постепенно
увеличивается. Когда радиус вершины резца и размер обрабатываемого вала (a^ix)
достигнет предела допустимого значения, проводится подналадка.
Напомним, что означают понятия, наладка, подналадка и настройка
станка на размер.
Наладка — подготовка технологического оборудования и оснастки к
выполнению определенной технологической операции.
Подналадка — дополнительная регулировка технологического
оборудования и (или) оснастки в процессе работы для восстановления
достигнутых при наладке значений параметров.
Настройка станка на размер — придание лезвию инструмента,
требуемого расположения относительно баз заготовки.
Размер — числовое значение линейной величины (диаметра, длины,
ширины, высоты) в выбранных единицах измерения.
Измерительный размер устанавливается измерением элементов изделия.
Истинный (действительный) размер — полученный на самом деле в
результате обработки (он может быть определен с учетом погрешности
измерительного устройства, с большей или меньшей точностью).
Предельный размер — два предельно допустимых размера, между
которыми должен находиться действительный размер.
Номинальный размер — размер, относительно которого определяется
отклонение.
Анализируя влияние отдельных факторов на погрешность обработки,
можно определить ожидаемую ее величину. Статистический метод
позволяет определить совокупность действующих факторов. Случайные погрешно-
255
Рис. 3.24. Схемы настройки резца на размер
сти в размерах обрабатываемых валов в партии подчиняются закону
нормального распределения, который графически изображен кривой Гаусса,
имеющей симметричную форму (рис. 3.24, б). Влияние настройки резца на
размер (постоянная погрешность) вызывает изменение формы кривой.
На рис. 3.24, в представлен график влияния времени обработки t на
износ резца Ир. Известны три периода износа инструмента, период приработки
tnp, нормального tHop и катастрофического износа tK. При построении точечной
диаграммы (рис. 3.24, г) видно, что мгновенное поле рассеяния со диаметра
детали практически не изменяется, но кривая Гаусса изменила свою форму,
т. е. при обработке деталей поле рассеяния значительно увеличилось. Это
явление связано с влиянием износа резца. Учитывая вышеизложенное, по-
256
строим точечную диаграмму для определения статической настройки резца
на размер для обработки партии деталей (рис. 3.24, д). Контрольные линии
на диаграмме сужают поле допуска из-за возможности возникновения
погрешности настройки резца на размер. Напомним, что допуском является
разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами Т.
Поле допуска — поле, ограниченное наибольшим и наименьшим
предельными размерами, определяемое значением допуска и его положением
относительно номинального размера.
Верхнее отклонение размера вала обозначают eS, нижнее ei, верхнее
отклонение отверстия ES, нижнее EI. Практически поле допуска находится
между верхним и нижним отклонениями размера.
Учитывая, что размерный износ в наибольшей степени оказывает
влияние на точность обработки из всех других систематических факторов
настроечный размер для резца будем определять по формуле
А» = c4i„ + А+ 0,5со,
где dm[n — минимальный предельный размер вала; А — часть поля допуска
выделенная на случай возможного возникновения постоянных
погрешностей (настройки, измерения и т. д.); со — мгновенное поле рассеяния размеров.
Задача настройки режущей кромки инструмента на заданный размер
заключается в придании определенного положения мгновенному полю
рассеяния размеров относительно поля допуска, при котором обеспечивается
получение максимально возможного количества годных деталей в период до
следующей поднастройки.
Целью настройки является придание режущей кромки инструмента
такого положения относительно поверхностей станка или приспособления,
при котором риск получить бракованную деталь сводится к нулю. Кроме
обеспечения точности обработки необходимо уделять внимание величинам
параметров шероховатости, волнистости, поверхностному упрочнению и
остаточным напряжениям, возникающим при обработке заготовок. На
величину параметра шероховатости оказывает влияние геометрия и износ
режущих элементов инструмента, свойства обрабатываемого и режущего
материалов, жесткость технологической системы, режимы резания, СОЖ и
другие факторы, взаимодействие которых сложно оценить.
При токарной обработке погрешность формы и волнистость
обрабатываемых поверхностей в значительной степени зависят от жесткости
технологической системы, а на режущий инструмент влияют неоднородность
свойств обрабатываемого материала, колебания, припуски и др. Износ
станка сказывается на погрешностях формы и размерах обрабатываемой
заготовки, составляя более половины от всех погрешностей возникающих на
обрабатываемой заготовке.
Волнистость возникает при обработке валов имеющих биение, а
применение жесткого люнета может вызвать появление вынужденных колебаний
технологической системы.
9 Технология машиностроения
257
Величина микронеровностей поверхности при токарной обработке
характеризуется значительной неоднородностью, например, при оценке
величины параметра Ra в различных частях вала обработанного в одинаковых
условиях можно увидеть значительное различие показателей шероховатости
(40...60 %), поэтому применяют так называемую усредненную величину
параметра шероховатости.
При обтачивании заготовок на токарных станках можно
ориентировочно оценить достигаемые качественные характеристики операции. При
обдирке и черновой обработке квалитет допуска размеров соответствует IT 14,
а величина параметра шероховатости Ra = 25... 100 мкм, получистовой
обработки — IT11-13, Ra = 1,6...25 мкм; чистовой — IT18-10, Ra = 0,4. ..6,3 мкм;
тонкой — ГТ7-8, Ra = 0,2... 1,6 мкм; отделочной — IT5-6, Ла= 0,016...0,04 мкм.
Для более точной оценки вероятности получения заданных параметров
точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей используют
графические зависимости и эмпирические формулы (полученными
экспериментальным путем), приведенные в справочной литературе.
Следует учитывать, что допуски формы ограничивают отклонение
радиуса, а допуск размера — отклонение диаметра поверхности. Поэтому
допуск формы цилиндрической поверхности составляет лишь часть допуска
размера и зависит от номинальной (А), повышенной (В) и высокой (С)
относительной геометрической точности.
В процессе токарной обработки поверхностный слой подвергается
значительным пластическим деформациям, в большей степени зависящей от
физико-механических свойств обрабатываемого материала и режимов
резания. В поверхностном слое возникают наклеп и внутренние напряжения.
Степень и глубина наклепа в большей степени возрастает с увеличением
подачи, меньшей с увеличением скорости резания. Возрастает температура,
что способствует снятию наклепа и возникновению внутренних
напряжений, имеющих (на определенных расстояниях от поверхности) различные
знаки.
При точении на глубину распространения остаточных (внутренних)
напряжений оказывают влияние подача, глубина резания и радиус скругления
режущей кромки. Учитывая, что технологическая операция обычно
разбивается на черновую и чистовую, то напряжения в поверхностном слое при
чистовых методах обработки значительно снижаются. Между
качественными и экономическими показателями технологического процесса существуют
связи, влияющие друг на друга. С повышением требований к качеству
обработки увеличивается ее стоимость. Но взаимосвязь эта не прямая, она
зависит от уровня принимаемых технологических решений, применяемых
материалов, технологичности, производственных возможностей и других
факторов. Важным этапом проработки технологических решений является оценка
вариантов по штучному и основному времени.
Нормирование токарной операции. Основное технологическое время
является важным показателем токарной операции. По его величине можно
258
сравнивать варианты технологических решений и выбирать наиболее
приемлемые из них. При анализе путей повышения эффективности токарной обработки
исходят из условий, обеспечивающих снижение оперативного времени на
обработку изделия ton. В расчетах можно пользоваться следующими
соотношениями времен: ton * (07...09)Г шт., t0 = (0,03...0,72)fK, tB = (0,18...0,25)fK, /п.3 =
= (0,03...0,18)ГК, Г0.о = (0,02...0,06)/к, где (t0 — основное время, tK —
калькуляционное время, ?п.з — подготовительно-заключительное время, tB —
вспомогательное время, t0,0 — время на организационное обслуживание.
Напомним, как проводится расчет нормы штучного времени. Норма
штучного времени рассчитывается по формуле
ЧИТ *0 4J М\0 ^0.0 ' ^ОТД*
Оперативное время
Продолжительность вспомогательного времени на установку и
крепление заготовок на универсальных и специальных зажимных приспособлениях
зависит от типа производств, веса заготовки (до 20 кг — вручную, свыше
20 кг — с помощью подъемных механизмов, предусматривается
нормативными актами), способа крепления заготовки, типа приспособления,
характера установочной поверхности, количества зажимов и количества
одновременно устанавливаемых заготовок.
Время на техническое /т.0> организационное обслуживание t0 и отдых tma
можно оценивать в процентах от оперативного времени. Следует учитывать
также и возможность расчета этих времен. Например, для расчета операций,
в которых инструмент работает в постоянных условиях (протягивание, зу-
бообработка, шлицеобработка, резьбообработка и т. д.), время на
техническое обслуживание рабочего места можно выбрать в процентах от
оперативного времени.
Для многоинструментальной наладки следует учитывать период
стойкости лимитирующего инструмента.
В этом случае время на техническое обслуживание определяют по
формулам:
для многоиструментальных станков
f О СМ .
'т.о j, '
для шлифовальных станков
, =Уп_
'т.о j, '
где tCM — время на смену инструмента(ов) и подналадку станка; tn— время
на одну правку круга(ов); Т — период стойкости лимитирующего
инструмента.
259
Время на организационное обслуживание рабочего места включает в
себя осмотр и опробование оборудования, подготовку рабочего места в
начале и уборку его в конце смены. Время на отдых и личные потребности так
же, как и организационное время, берется в процентах от оперативного
времени.
При оценке штучного и штучно-калькуляционного времени наибольшие
сложности представляет снижение основного технологического времени,
остальные значения для определения штучного времени можно выбрать по
нормативным данным.
Основное и вспомогательное (неперекрываемое) время являются
основными составляющими штучного времени. Сокращаются они, и соответственно
сокращается штучное время на операцию. Учитывая, что основное время
зависит от режимов резания, их выбору следует уделять особое внимание.
Рассмотрим некоторые особенности элементов режима резания,
применяемых при токарной обработке. Глубина резания t в наименьшей степени
влияет на износ резца. Поэтому при черновой обработке можно выбрать ее
максимально допустимое значение. Подача S влияет на износ резцов
меньше, чем скорость резания, поэтому при черновой обработке подача
лимитируется в основном прочностью режущей кромки и жесткостью
технологической системы, а при чистовой обработке — требуемым качеством
поверхностного слоя.
В табл. 3.5 представлены приблизительные значения глубины резания t
и подачи S при точении конструкционных сталей проходным резцом, из
которой видно, что независимо от условий обработки глубина резания
значительно больше подачи.
Таблица 3.5
Параметр резания
Глубина резания t
Подача S
Операция
предварительное точение
4,0
0,8
5,0
0,7
6,0
0,6
7,0
0,5
окончательное точение
0,07
0,007
0,08
0,008
0,09
0,009
0,1
0,01
Скорость резания V оказывает наибольшее влияние на износ режущей
кромки резца, в то же время от ее значения зависит и производительность
обработки. По скорости резания определяется частота вращения шпинделя
и, которая корректируется с учетом значений, указанных в паспортных
данных станка. Поэтому фактическая скорость резания Уф определяется с
учетом корректировки частоты вращения шпинделя Кф = nDn$. Если выбранные
режимы резания удовлетворяют заданным техническим требованиям на
обработку изделия, то следует сравнить крутящий момент резания Мр с
допустимым крутящим моментом Мд на шпинделе Мр < Мд и сопоставить их с
возможностями станка, сравнивая мощность, затрачиваемую на резание JVP,
с мощностью электродвигателя станка N3, умноженной на КПД ц станка.
260
У!
>-
ifcj
■4- \
При обработке ступенчатых валов по
принципу последовательной
концентрации операций вспомогательное
время можно уменьшить, в частности,
за счет снижения времени на обратный
(холостой) ход. Вариант, при котором
обработка начинается со ступени
большого диаметра и проводится в
несколько проходов менее
предпочтителен по сравнению с обработкой в один
проход. При этом сокращается и длина
пути резания, т. е. и основное время
обработки.
Несмотря на явную выгоду, такое
решение обычно целесообразно
использовать только при обработке
жестких валов с небольшим перепадом
диаметров. При обработке заготовок по принципу параллельной
концентрации операции (многоинструментальная наладка), в которой осуществляется
одновременная обработка значительных по размерам шеек вала, снимаются
фаски, обрабатываются заплечники, вытачиваются канавки и т. д. Расчет
основного времени и режимов резания следует вести по лимитирующему
резцу (рис. 3.25).
Учитывая результаты расчета режимов резания на
многоинструментальную наладку, расчет основного времени ведут по формуле
*0 — *0 ЛИМ)
где t0 лим — основное время обработки лимитирующим резцом.
Для определения t0 лим можно условно рассматривать обработку
заготовки как бы одним лимитирующим резцом, тогда формула расчета основного
времени будет иметь уже известный вид:
Рис. 3.25. Схема обработки,
построенной по принципу параллельной
концентрации операций
4рЧ+/п
Р-х
Длина рабочего хода Z,px в общем случае рассчитывается по формуле
(рис. 3.26)
где /вр — длина врезания; /р — длина обрабатываемой поверхности
заготовки (длина резания); /п — длина перебега; /д — дополнительная длина хода
инструмента, вызванная особенностями наладки и конфигурации заготовки.
При одновременной обработке нескольких поверхностей резцами за
один проход (рис. 3.27) расчет рабочего хода ведется по наибольшей
(лимитирующей) длине обработки (L2 < L\> L3) и определяется по формуле
261
;/;/;/;;////;//;////л
_.л .
ч\\\\\\\\\\\\\Ч
в
//////л
— .С к
//////Л
s^>^s^s>x\
/////////////////////и
Рис. 3.26. Примеры определения
длины рабочих и холостых ходов
инструмента при разных вариантах
обработки:
^р.х ^тах "*" 'вр •
Следует учитывать, что при
многоинструментальной обработке все
инструменты, закрепленные на одном
суппорте, имеют одинаковые рабочий ход
и подачу. Число оборотов шпинделя и
основное время для всех инструментов
одинаково. При обработке одной
заготовки одновременно несколькими
резцами (рис. 3.28) основное время
обработки определяют по формуле
/,
вр
'«,='-
К "
+ L
nSn
где К — число резцов, одновременно
обрабатывающих данную поверхность
за проход; /д — дополнительная длина
хода, вызванная особенностями
наладки (расположением резцов).
Если обработка проводится
последовательно нескольких заготовок,
выполненных, например, в виде колец и
закрепленных (как единое целое) на
оправке, то основное время будет
определяться по формуле
2л,-
р х — длина рабочего хода; /х х — длина
холостого хода
где t0i — основное время обработки
каждой заготовки (кольца); п —
количество последовательно обрабатываемых
заготовок (колец).
При параллельной обработке заготовок, расположенных на значительном
расстоянии друг от друга, не позволяющем производить обработку каждой
заготовки одним резцом, эта схема обработки не будет отличаться от обычной,
так как, если заготовки по ширине одинаковые, то длина рабочего хода
определяется одним из любых резцов, а если длина резания разная, то длина рабочего
хода определяется по лимитирующему резцу при прочих равных условиях.
При обработке заготовки врезанием фасонным резцом (рис. 3.29)
обработке подвергаются все поверхности одновременно (буртик, галтели, фаски
и др.). В этом случае основное время определяют по формуле
262
i
Ts
-♦.(
ЧкЁК.
Рис. 3.27. Схема одновременной
обработки нескольких шеек вала
/д /п
llt.li
— fr
Л^чVv^ГЧ^ГЧVxVxx\xЧЧ,
.ssssssssssssssssss:
Li
£ l1 L
—i ±_J
Рис. 3.28. Схема обработки вала на
проход двумя резцами
>о =
где Z0 — общий припуск на обработку Z0 = — -
Буртик — кольцевое утолщение на поверхности детали.
Галтель — переход между двумя смежными поверхностями,
выполненными по радиусу, для снижения концентрации напряжений.
При обтачивании вала в упор (рис. 3.30) длина рабочего хода резца
определяется по формуле
2 3
3+
^
>
if/.
1—
У'
( т?
, q—
L_4>
Рис. 3.29. Схема обработки
заготовки фасонным резцом:
1 — заготовка; 2 — фасонный резец; 3 —
буртик; 4 — галтель; 5 — фаски
!>
_sk_
ГСУУУУУУУ
КДОХХХ
-в
i
Рис. 3.30. Схема обтачивания вала в
упор
263
■/ 0,05 A
1 2
/
.: /
Рис. 3.31. Эскиз детали с указанием
заплечника, торцев и допуска на
торцевое биение:
1 — деталь; 2 — заплечник; 3,4 — торцы
Рис. 3.32. Схема подрезки торца
цельного вала
При подрезании торцов режимы резания рассчитывают аналогично
тому, как и при обработке цилиндрических поверхностей, однако скорость
резания берут на 15...25 % больше. Следует учитывать, что при обработке
торцов и заплечников вала образуются острые кромки и заусенцы, которые
следует обязательно снимать путем образования фасок.
Торец — поверхность, перпендикулярная продольной оси детали.
Заплечник — переходная поверхность от одного сечения
цилиндрической детали к другому (рис. 3.31).
При подрезке торца цельного вала (рис. 3.32) рабочий ход резца
определяется по формуле
£р.х=7 + /вр+/п-
При подрезке торца заготовки вала с
внутренним отверстием, расположенным
по оси заготовки (рис. 3.33), длина
рабочего хода резца определяется по формуле
й
7////////4Я
)шДа
V - 2
'вр 'п
Рис. 3.33. Схема подрезки торца
заготовки в виде кольца
При протачивании наружной выточки
на валу с поперечной и продольной
подачей (рис. 3.34) длину рабочего хода резца
определяют по формуле
где В — ширина рабочей части резца.
264
tit*
a)
<'
Рис. 3.34. Схемы обработки наружной канавки резцом (а) и наружной
выточки на валу (б)
Необходимо различать понятия выточка и канавка.
Выточка — кольцевое углубление различной формы, образованное на
наружной или внутренней поверхности вращения с размером Н,
достаточно большим по сравнению с диаметром и линейными размерами детали
(рис. 3.35, а, б).
Канавки — это углубления различной формы, образованные на
наружной или внутренней поверхности вращения, незначительные по размеру h в
сравнении с линейными размерами (рис. 3.35, в, г).
При разрезке (отрезке) заготовки резцом заготовка может отламываться
раньше, чем резец дойдет до ее центра, в результате на торце закрепленной
части заготовки остается выступ, который должен быть снят за счет
перебега резца (рис. 3.36). При отрезке заготовок на токарном станке длина
рабочего хода резца определяется по формуле
d
-р.х
■+/„
Обработка внутренних поверхностей, в данном случае расточка
отверстий, является наиболее сложной операцией. Получить высокую точность
при расточке отверстия значительно труднее, чем при обточке наружной
поверхности вала. Это связано в первую очередь с ограниченными
конструктивными возможностями и более низкой жесткостью технологической
системы. Поэтому операции по обработке внутренних поверхностей
требуют более глубокого анализа и тщательной подготовки.
При растачивании отверстия (рис. 3.37) основное время определяется по
формуле
'о='
А,Р+4Н
и5„
265
1
У
\
\
н
/
2
/
1
\
h
4 а)
б)
где i — число проходов; /вр — длина
врезания; L3 — длина заготовки; /п —
длина перебега; п — число оборотов
заготовки; S0 — подача на оборот.
Длина врезания
/вр = t ctg ср,
где t — глубина резания; ср — главный
угол в плане.
Длина перебега резца берется
равной 2...5 мм.
Многостаночное обслуживание
токарных станков возможно осуществлять
при условии, что все ручные и
машинно-ручные технологические переходы, а
также перемещения рабочего от одного
станка к другому выполняются во
время, когда на других станках
осуществляется машинно-автоматическая работа.
В этом случае время ручной работы
рабочего на каждом станке будет
перекрываться временем
машинно-автоматической работы других станков.
Необходимо также, чтобы по
длительности операции были равными или
кратными между собой.
Общие правила выполнения
наладок на технологические операции.
На основании проведенного анализа
операции, определения
последовательности обработки заготовки (вала),
погрешности его установки, режимов
резания, межоперационных припусков и
размеров, настроечного размера для ин-
струмента (резца), норм времени можно Рис' "^ 2СКИЗ Деталей с выточкой
«с (а, 6) и канавкой (в, г):
вынести результаты этой работы в виде ' '
операционного эскиза (рис. 3.38). 7- 3 ~ деталь; 2 ~ выточка; 4 - канавка
При выполнении операционного эскиза (наладки) должны быть учтены
следующие условия.
1. В левом верхнем углу листа указывают номер операции и ее
наименование. Например: Операция 005.Токарная.
Следует учитывать, что технологические операции нумеруют числами
арифметической прогрессии (5, 10, 15, 20, 25 и т. д.). С целью увеличения
резерва между цифрами (необходимость которого может быть вызвана из-
1
\
//////////
ш,
н
ш
2
/
в
'///>
ш
266
A
Рис. 3.37. Растачивание отверстия
менениями, вносимыми в технологический процесс обработки) допускается
проводить нумерацию операций следующим образом — 005, 010, 015, 020,
025 и т. д. или 0005; 0010 и т. д.
Если на лист выносят несколько разных технологических операций, то на
каждой схеме должен быть указан номер операции.
2. Под номером и наименованием операции указывают номер позиции.
(При наличии нескольких позиций на данной операции). Например:
Позиция 3.
3. Под номерами и наименованиями операции и позиции указывают
технологические переходы. При наличии нескольких переходов на данной
операции указать, что на них выполнять. Например: Переход 1. Проточить
шейку D-o.05- Переход 2. Проточить канавку D20^A,H= 4,1_оЛ.
Технологические переходы нумеруют числами натурального ряда (1, 2, 3,4, 5 и т. д.).
4. Под номерами и наименованиями операции, технологического
перехода и позиции указывают номер установа (при наличии нескольких уста-
новов заготовки данной операции). Например: Установ В. Установы
нумеруют прописными буквами русского алфавита (А, Б, В, Г,Дит. д.).
5. В правом верхнем углу листа указывают наименование оборудования,
его модели. Например: Оборудование: Токарно-винторезный станок мод
16К20ФЗ. (Хотя известно, что в левом верхнем углу указывается операция, а
в правом — оборудование, слова «операция» и «оборудование» опускать не
следует).
6. Изображение заготовки выполняется в состоянии после обработки на
данной операции (позиции, переходе, установе). Поэтому выделяют
толщиной линии обработанные поверхности, на которых проставляют полученные
размеры с предельными отклонениями (допусками) и величинами
параметров шероховатости.
7. Изображение заготовки выполняют со схематичным обозначением на
ней баз, опор, зажимов и установочно-зажимных устройств, необходимых
267
Операция: 015. Токарная
(номер операции и
наименование операции)
t
зЛ
_sCL
2-«Л.
.п+л
Оборудование:
Токарно-винторезный станок
модели 16К20
(наименование и модель станка)
Порядковый номер
инструмента
Порядковый /■
инструменп
Наименование
инструмента
юмер ,
L
Материал режущей
части инструмента
J
мм
п,
с-1
V,
м/с
мм
So.
мм/об
'о-
мин
мин
Рис. 3.38. Пример операционного эскиза
для выполнения операции. Обозначения выполняют в соответствии с
принятыми требованиями государственных и отраслевых стандартов.
8. На заготовке и инструменте указывают направления движений.
Главным движением (Д.) является прямолинейное поступательное или
вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с
наибольшей скоростью в процессе резания.
Движение подачи обозначают Д. Движением подачи является
прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего
инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного
движения резания. Движение подачи предназначено для того, чтобы
распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.
Касательное движение обозначают — Д. Касательным движением
является поступательное или вращательное движение режущего инструмента,
скорость которого меньше скорости главного движения резания и
направлена по касательной к режущей кромке. Это движение предназначено для
того, чтобы сменять контактирующие с заготовкой участки режущей кромки.
Результирующее движение резания обозначают Д. Результирующим
движением является суммарное движение режущего инструмента
относительно заготовки, включающее главное движение резания, движение подачи
и касательное движение.
9. Обрабатывающий инструмент изображают в конце рабочего хода
(даже если изображения нескольких инструментов накладываются друг на
друга). В некоторых случаях можно выполнять эскиз с изображением
инструмента в начальном и конечном положении. В этом случае следует
обозначить их соответствующими надписями: «начальное положение
инструмента», «конечное положение инструмента».
10. На инструменте указывают его наладочный размер.
11. Если в наладке участвует несколько инструментов, то все их
изображают в конце рабочего хода и нумеруются порядковыми номерами (1,2,
3,4, 5 и т. д.).
12. Под инструментом линиями со стрелками указывают направление
рабочего (сплошная линия) и холостого хода (прерывистая линия).
13. Таблицу режимов обработки располагают в левом нижнем углу или
в другом свободном месте листа.
14. В таблице указывают номер инструмента, наименование и материал
его режущей части. Если в операции (позиции, переходе, установе)
участвует несколько инструментов, то всех их заносят в таблицу в соответствии с
их порядковыми номерами. Далее в таблице указывают длину рабочего хода
каждого инструмента, режимы обработки и основное время. Кроме того, в
конце таблицы в зависимости от вида операции указывают штучное или
оперативное, или штучно-калькуляционное время.
При параллельной концентрации операции необходимо определить
лимитирующий технологический переход и инструмент, его выполняющий. В
таблицу режимов резания заносят все инструменты. При этом длину рабоче-
269
го хода, частоту вращения шпинделя, минутную подачу, основное и
штучное время выставляют только в той строке таблицы, которая соответствует
лимитирующему инструменту.
15. На эскизе операции, выполняемой на автоматическом оборудовании,
приводят циклограмму работы станка.
16. В правом нижнем углу листа выполняют угловой штамп.
Повышать производительность труда, качество обработки при
оптимальной себестоимости изготовления изделий можно путем применения
современных технологических методов обработки и сравнения вариантов
принимаемых решений. Экономическая целесообразность является
решающим показателем, который дает основание для использования
предлагаемого решения в производстве.
Операционный эскиз выполняют после проведения полного анализа
операции и расчетов, приведенных в пояснительной записке.
3.2.3. Технологические процессы сверления,
зенкерования и развертывания
Операции сверления отверстий. Сверление является одним из самых
распространенных методов обработки сквозных и глухих отверстий в
сплошном материале в условиях единичного, серийного и массового произ'
водства. В частности, на обрабатывающих центрах 30...50 % основного
технологического времени затрачивается на сверление отверстий.
В процессе сверления совершаются два совмещенных движения:
главное движение — вращение сверла или заготовки и вспомогательное —
поступательное движение сверла (движение подачи). При сверлении отверстий
на токарном станке вращается заготовка (главное движение), а сверло
совершает поступательное (движение подачи). При обработке заготовки на
сверлильном станке сверло совершает оба движения, а заготовка остается
неподвижной (закреплена на столе станка). В большинстве случаев
обработка отверстий осуществляется на сверлильных станках, предназначенных для
работы сверлами, зенкерами, развертками, метчиками и др.
При обработке заготовки на станке сверло совершает оба движения, а
заготовка остается неподвижной (закреплена на столе станка). Согласно
классификации металлорежущего оборудования сверлильные и расточные
станки относятся ко второй группе, которая разделена на десять типов:
нулевой тип не заполнен, к первому типу относятся вертикально-сверлильные,
ко второму — одношпиндельные, к третьему — многошпиндельные;
сверлильные станки четвертого типа — координатно-расточные, пятого — ради-
ально-сверлильные, шестого — горизонтально-расточные, седьмого —
алмазно-расточные, восьмого — горизонтально-сверлильные, девятого —
разные сверлильные.
На вертикальных и радиально-сверлильных станках выполняется
сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, растачивание, обкаты-
270
вание, раскатывание отверстий, снятие фасок, подрезка торцов, нарезание и
накатывание резьбы, центровка, закругление острых кромок и другие работы.
На одношпиндельных и многошпиндельных станках обрабатываются
различные гладкие и ступенчатые отверстия (для крепежных болтов,
винтов, шпилек и др.). На сверлильных станках специального назначения
обрабатываются ответственные отверстия в корпусных деталях и глубокие
отверстия, например, отверстия для шпинделей станков и пустотелых валов.
Достигнуть высокой точности при обработке отверстий трудней, чем
при обработке наружных поверхностей тел вращения, поэтому допуски
устанавливают более широкими, чем на наружные поверхности тех же размеров.
Биение режущих кромок, образование нароста, несоосность сверла и
шпинделя станка увеличивают диаметр отверстия сверх номинального
диаметра сверла dc примерно на (0,05...0,12)dc. Истирание ленточек сверла,
усадка материала заготовки уменьшают размеры обрабатываемого
отверстия, поэтому допуск на обрабатываемые сверлением отверстия
целесообразно назначать как в плюс так и в минус. При сверлении и рассверливании
обеспечивается 9-13 квалитетов точности, а параметр шероховатости Ra
составляет 0,8...25 мкм.
В массовом и крупносерийном производстве применяют специальные
многошпиндельные сверлильные головки для одновременной обработки
большого количества отверстий. Например, для обработки головки блока
цилиндров используют сверлильные головки, имеющие до 30 шпинделей.
Специальные сверлильные станки часто оснащены особыми головками,
которые легко переставляются в зависимости от расположения отверстий в
обрабатываемой заготовке. С помощью этих головок можно обрабатывать
отверстия, находящиеся с разных сторон заготовки.
На сверлильных станках с ЧПУ можно обеспечить точность межцентровых
расстояний отверстий в пределах ±0,1 мм без применения кондукторов.
Сверлильные станки с автоматической сменой инструмента, оснащенные
многопозиционными револьверными головками, особенно эффективны при обработке
отверстий различного диаметра, требующих дополнительных технологических
переходов (рассверливания, зенкерования, развертывания и др.).
Появление ультраскоростных шпинделей сверлильных станков,
приводящихся в действие воздушной турбиной, позволило обеспечить 4000 с-1
оборотов шпинделя и более. Воздушная смазка создается так же, как и в
гидродинамических подшипниках за счет самозасасывания смазочного
вещества (воздуха, масла) при быстром вращении шпинделя. Зазор
гидравлических подшипников шпинделей таких станков составляет 1.. .2 мкм, но они
являются уникальными.
Технологическая оснастка. При сверлении отверстий обычно используют
стандартные спиральные сверла, для которых принята единая градация
диаметров сверл от 0,25 до 80 мм. Спиральные сверла изготавливают из
быстрорежущих сталей (Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6М5К5, Р6АМ5ФЗ и др.) четырех классов
точности: AI, А — повышенной точности и BI, В — нормальной точности.
271
Спиральные сверла состоят из рабочей части и хвостовика. Сверла
диметром 0,25.. .20 мм выпускают с цилиндрическим хвостовиком, а 5.. .80 мм —
с коническим. Рабочая часть сверла осуществляет процесс резания, отвод
стружки и формирование обрабатываемой поверхности. Углы резания (у и а) у
сверла меняются в каждой точке его режущей кромки, так как угол наклона
спирали является величиной переменной. Задние поверхности сверла могут
иметь различные формы, в зависимости от вида заточки. Как правило
применяют коническую, винтовую, одноплоскостную и многоплоскостную
заточку. К основным погрешностям, возникающим при сверлении отверстий,
можно отнести погрешность формы отверстия в продольном и поперечном
направлении.
Следует учитывать, что увод сверла в продольном направлении при
сверлении отверстий вращающимся инструментом в неподвижной заготовке
больше, чем при сверлении с вращающейся заготовкой и неподвижном
инструменте.
Отверстия диаметром более 30 мм в сплошном материале обычно
сверлят двумя сверлами. Первое сверло обрабатывает меньший диаметр от
заданного размера, а второе окончательно рассверливает отверстие, что
позволяет значительно снизить осевое усилие резания и увод сверла.
Большое влияние на увод сверла оказывают условия его работы в
начальный момент, когда резание происходит только поперечной кромкой,
перпендикулярной оси сверла. На увод сверла влияет наличие значительных
упругих деформаций сверла, вызывающих его изгиб, зазоры в подшипниках
шпинделя, наростообразование и неравномерный износ режущих кромок.
По направлению спиральных канавок различают левые и правые сверла.
Левые сверла диаметром до 20 мм обычно используют на токарных
автоматах. Операцию сверления на них начинают с зацентровки, затем следует
обточка, засверливание и рассверливание отверстий. При этом отклонение от
оси сверления за счет вращения заготовки будет меньше, чем на
сверлильном станке (где вращается инструмент).
Для корпусных деталей, в которых важно обеспечить точность
межосевого расстояния (между отверстиями), способ обработки зависит от
заданного допуска на эти размеры. При свободном сверлении погрешность
межосевого расстояния составляет ± 0,2...0,5 мм, с применением обычного
кондуктора ± 0,06...0,2 мм, прецизионного кондуктора ± 0,04...0,1 мм. Хотя
точность расположения нескольких отверстий (в пределах ±0,15 мм)
обеспечивается кондукторными втулками, однако в этом случае возникает
необходимость удлинения сверл, что значительно снижает их стойкость.
Отверстия, длина которых меньше трех-пяти диаметров, при достаточно
высокой жесткости шпинделей целесообразно сверлить без кондукторных
втулок, с минимальным вылетом сверл из патронов.
Спиральными сверлами из быстрорежущей стали обработку отверстий
обычно проводят со скоростью резания 0,4...0,6 м/с, а для твердосплавных —
более 0,8... 1,2 м/с. Большее значение скорости соответствует большему
272
диаметру сверла или меньшей подаче. Подачу сверл для стальных заготовок
обычно выбирают в пределах 0,1...0,6 мм/об (для сверл диаметром 5...30 мм).
В процессе расчета режимов резания оценивают особенности процесса
обработки, равножесткость заготовки, возможность обработки заготовок
пакетом, использования параллельной или параллельно-последовательной
обработки.
Обычно по диаметру и глубине отверстия выбираются сверла, а по
физико-механическим свойствам обрабатываемой заготовки — форма и
геометрия заточки. В зависимости от требуемых качественных характеристик
на обработку отверстия и технологических возможностей оборудования
определяют величину подачи, стойкость сверла, скорость, осевую силу и
мощность резания. Подачу и число оборотов шпинделя корректируют с учетом
паспортных данных станка, при этом осевая сила и мощность резания не
должны превышать допустимые значения для принятой модели
оборудования.
При сверлении глубина резания
/с = 0,54
где d— диаметр сверла.
Мощность резания, кВт,
МкпП
N =—^~
р 9750'
где Мкр — крутящий момент; п — частота вращения инструмента или
заготовки.
Стабильность качественных показателей процесса сверления в
значительной степени зависит от износа инструмента. При износе сверл силы
резания могут возрастать в 2-4 раза. Это вызвано тем, что сверла в процессе
резания работают пятью кромками (двумя
главными, двумя вспомогательными и
поперечной). Основную работу резания
выполняют две главные режущие кромки.
Под действием осевой силы
дополнительное трение создается поперечной кромкой
и трением ленточки о стенки отверстия.
Поперечная кромка (перемычка) обычно
не режет, а мнет металл, создавая
значительные силы сопротивления (рис. 3.39).
Осевая сила резания равна
Р0 = 2(РХ + Л) + Л,к„
где Рх — составляющая силы резания;
Рл — радиальная сила, вызываемая
трением ленточки о стенки отверстия; Р„,к —
Рис. 3.39. Схема сил, действующих
вдоль оси сверла при сверлении
273
сила, действующая на поперечную
кромку (перемычку) сверла (Рпк«
*(0,45...0,55)Ро).
Изнашивается сверло по задней и
передней поверхностям, углу
пересечения режущей кромки и ленточке, по
перемычке и ленточке (рис. 3.40).
Среднее допустимое значение
износа спиральных сверл представлено в
табл. 3.6.
Таблица 3.6
Сверло спиральное
Быстрорежущее
Оснащенное
твердым сплавом
Обрабатываемый
материал
Сталь,
ковкий
чугун
Серый
чугун,
бронза
Легкие
сплавы
Чугун
Легкие
сплавы
Диаметр сверл (мм)
3...6
6...10
10...15
15...20
20...25
25...30
более 30
3...6
6...10
10...15
15...20
20...30
более 30
3...6
6...15
15...30
более 30
10...20
20...30
10...20
20...30
Допустимый износ
(мм)
0,5...0,7
0,7...0,8
0,8...0,9
0,9...1,0
1,0...1,1
1,1...1,2
1,2...1,4 '
0,5...0,6
0,6...0,7
0,7...0,8
0,8...0,9
0,9...1,0
1,0...1,1
0,4...0,5
0,5...0,6
0,6...0,8
0,8...1,0
0,6...0,8
0,9... 1,0
0,5...0,7
0,8...0,9
Величина и характер износа лезвий винтовых сверл зависят от
материала заготовки и сверла, режимов резания, геометрии режущей части,
диаметра сверла, глубины обрабатываемого отверстия, качества переточки и СОЖ.
Следует учитывать, что если при токарной обработке наибольшее
количество теплоты переходит в стружку, то при сверлении — в обрабатываемую
заготовку. По мере износа сверл температура их нагрева значительно
возрастает, а вместе с ней и величина износа.
Рис. 3.40. Схема износа сверла
274
Режущие кромки изношенных сверл могут нагреваться до 700 °С и
выше. Сверление отверстий с повышенными подачами (S > 0,02D) может
привести к интенсивному износу и разрушению режущей кромки сверла.
С увеличением диаметра сверла (следовательно, и его массы) теплота
быстрее отводится от режущих кромок, облегчается подвод СОЖ в зону
резания, и как следствие — уменьшается износ сверл.
С увеличением глубины сверления (/ > 5D) отвод теплоты затрудняется,
стружка трется о стенки канавок, передавая теплоту от обрабатываемого
материала; затрудняется не только отвод стружки, но и подвод СОЖ в зону
обработки. В таких условиях износ сверл значительно возрастает. Повысить
стойкость сверл можно за счет оптимизации их геометрических параметров.
Например, направляющая цилиндрическая ленточка сверл не имеет заднего
угла, что создает значительное трение в процессе работы, но за счет
создания поднутрения на ленточке можно снизить трение и повысить стойкость
сверл. Однако поднутрение уменьшает направляющую роль ленточки,
поэтому такие сверла нельзя применять в тяжелых условиях работы, например
по штампованным отверстиям. Увеличение жесткости сверл путем
уменьшения их длины (до / < 10D) также позволяет повысить их стойкость.
Каждое конкретное решение по применению сверл должно сопровождаться
четким определением их технологических возможностей.
Восстановление режущей способности сверл обеспечивается их
переточкой, в процессе которой осуществляется полное удаление изношенных
участков лезвий (см. рис. 3.46). Величину стачивания А/ в рабочих
поверхностях сверл в осевом направлении (за одну заточку) определяют по формуле
sincp
где h — величина износа сверл; Г3 — допуск на заточку (0,1...0,3 мм); ф —
половина значения угла при вершине сверла.
На величину стачивания существенное влияние оказывает глубина
сверления и условия подачи СОЖ в зону обработки. Величина полного
допустимого стачивания режущей части (£р.ч) быстрорежущих сверл
составляет 0,7Z,p4 (при сверлении без кондуктора и общей длине сверления менее
0,4Z,p4). При сверлении с кондукторными втулками необходимо учитывать
их высоту и расстояние от заготовки для свободного выхода стружки
(которое должно составлять примерно 1,5.0).
На рис. 3.41 представлена схема расположения ружейного сверла при
обработке глубокого отверстия в заготовке; на которой видно, что длина
сверла зависит не только от длины обрабатываемого отверстия, но и от
кондуктора и припуска на переточку. Кондукторная втулка направляет
сверло. Диаметр отверстия кондукторной втулки должен быть на 0,005 мм
больше диаметра сверла. При увеличении этого зазора, возникающего в
процессе износа кондукторной втулки, до 0,02 мм, ее необходимо заме-
275
i
l1
'*
" A
d
и
'з
•///////kJf^a
~>//////m [
■m - *•* *■
'e\h
| '
. '•
I
. I
^
Рис. 3.41. Схема расчета длины
ружейного сверла и величины на
переточку:
D — диаметр сверла; /3 — припуск на
переточку; Ц — глубина отверстия; /5 —
кондуктор; /6 — выход желоба для
стружки; /7 — цилиндрический участок;
1% — длина поводковой части; А —
эффективная длина желоба для стружки
нить. Отклонение от соосности между
втулкой и шпинделем станка не
должна превышать 0,02 мм.
Обработку ружейными сверлами
предпочтительно вести при
вращающейся заготовке, но возможно только
вращение сверла или взаимное
вращение сверла и заготовки.
Нарушение симметричности
режущих кромок, вызываемое
неравномерным съемом металла при переточке,
приводит к неравномерности нагрузки
на режущие кромки при резании, и ось
сверла будет смещаться относительно
оси шпинделя. Такое биение сверла
значительно разбивает обрабатываемое
отверстие, поэтому переточку сверл следует проводить на специальных
заточных станках. При переточке на универсальных заточных станках
необходимо применять приспособления, обеспечивающие равномерный съем
металла с режущих кромок сверл.
Поскольку сверла разделяют на стандартные (спиральные), для
глубокого сверления и специальные (комбинированные), методы их заточки
должны соответствовать специфике их конструктивных исполнений.
При обработке ступенчатых отверстий на агрегатных станках широко
используют комбинированные сверла, что объясняется ограниченными
возможностями размещения на станке необходимого количества позиций или
требованиями по обеспечению высокой точности по соосности расположения
отверстий (рис. 3.42). Применение комбинированных сверл обеспечивает повышение
концентрации операции, но такие сверла
являются специальными, а следовательно, дорогими.
Следует учитывать, что у
комбинированного инструмента, такого, как сверло-зенкер,
сверло-развертка, наблюдается неравномерный
износ отдельных участков режущих кромок из-
за разности в припуске, скорости и
технологических особенностей обработки. Поэтому не
следует применять большое число ступеней и
чрезмерно увлекаться сочетанием
(комбинированием) инструментов, имеющих различные
условия резания. Если экономически
оправданно, то можно проводить
комбинированными сверлами одновременную обработку
отверстия и фаски или выполнять одновременную
обработку ступенчатого отверстия.
1 2
Рис. 3.42. Схема сборного
комбинированного
инструмента сверло-зенкер:
1 — сверло; 2 — зенкер
276
Рис. 3.43. Сверло с внутренними каналами для подвода СОЖ в зону обработки
Стойкость инструмента и стабильность обработки могут быть
достигнуты и за счет применения твердосплавных режущих кромок. Сверла малого
диаметра можно изготавливать целиком из твердого сплава или с напайны-
ми твердосплавными пластинами. Стойкость цельных твердосплавных
сверл примерно в 10 раз больше быстрорежущих. Для сверления отверстий
диаметром до 20 мм в основном используют сверла из быстрорежущей
стали. Для обработки отверстий диаметром более 20 мм возможно применение
сверл с многогранными пластинами, их высокая термостойкость и
износостойкость позволяют увеличить скорость резания в 8-10 раз по сравнению
со сверлами из быстрорежущей стали.
Для удаления максимального объема стружки за единицу времени
необходимо обеспечить достаточное охлаждение цельного твердосплавного
сверла. Задние кромки с фаской облегчают подвод СОЖ, что обеспечивает
сверление отверстий глубиной до трех диаметров. Для более глубоких
отверстий рекомендуется применять сверла с внутренним подводом СОЖ в
зону обработки (рис. 3.43). Цельные твердосплавные сверла
самоцентрируются благодаря конструкции режущих кромок и стабилизируются ленточкой.
Сверла с многогранными пластинами, как правило, являются
инструментами с одной режущей кромкой без каких-либо дополнительных
направляющих элементов. Поэтому большое значение имеют форма режущей
пластины и ее расположение в корпусе сверла. Режущая пластина
неправильной треугольной формы (ломаный трехгранник) снижает нагрузки при
начальном врезании и хорошо воспринимает результирующие усилия при
резании. Пластины располагают таким образом, чтобы результирующие
усилия подачи от каждой из них пересекались в зоне цилиндрического
хвостовика (при этом отсутствует деформирующее усилие в радиальном
направлении в плоскости пластины) и, одновременно, чтобы усилие резания
было одинаково на обеих пластинах (при этом отсутствует деформирующее
усилие в плоскости, перпендикулярной плоскости пластины), что
существенно повышает жесткость сверла.
При достаточном охлаждении сверла, оснащенные такими пластинами,
можно использовать на скоростях более 5 м/с, а внутренний подвод СОЖ и
специальные винтовые полированные канавки обеспечивают хороший отвод
стружки, что повышает стойкость инструмента.
Часто в качестве наружной используют квадратную пластину, а в
качестве внутренней — пластину неправильной трехгранной формы, а путем
повышения числа удлинителей возможно изменение глубины сверления.
Гладкий прямой хвостовик сверла не препятствует прохождению стружки
277
между сверлом и стенкой отверстия. Распределение стружки вокруг
хвостовика повышает жесткость сверла и снижает вибрации.
Разделение конструкции сверла на две части — сверлильная головка и
хвостовик — дает возможность комбинировать удлинители, переходники и
адаптеры, делая конструкцию сверла модульной.
Хотя глубокими отверстиями считают отверстия с отношением — > 3 —
эта величина относительная, так как она зависит от диаметра отверстия и
метода обработки. В машиностроении встречаются отверстия, у которых
отношение длины к диаметру составляет более 100, что естественно требует
специальной технологии оборудования и оснастки. В большинстве случаев
соотношение глубины отверстия L к диаметру D составляет от 3 до 17.
Стандартными сверлами чаще всего обрабатывают отверстия глубиной до
трех диаметров.
При длине отверстий, превышающих диаметр сверла в 5-7 раз, можно
применять удлиненные спиральные сверла с отверстиями для
принудительного подвода СОЖ в зону обработки. Если длина отверстия в 10 и более раз
превышает диаметр сверла, используют специальные сверла различной
конструкции (пушечные, ружейные, концевые головки и др.), при этом часто в
качестве главного используют движения вращения заготовки (создаются
условия самоцентрирования сверла). Если оборудование обеспечивает
возможность вращения и заготовки и сверла, вращение инструмента
используется только как средство повышения скорости. Обработка с вращающейся
заготовкой приобретает особое значение при сверлении глубоких отверстий,
причем иногда путем последовательного сверления можно обработать
глубокое отверстие и обычными сверлами. На рис. 3.44 показан пример, как на
токарном автомате за счет последовательного сверления отверстия на
позициях 2, 3, 4 и 5 обеспечивается обработка глубокого отверстия обычными
спиральными сверлами.
Специальные сверла имеют одну или несколько режущих кромок.
Простейшим видом таких сверл являются инструменты, относящиеся к группе
пушечных, имеющих одну режущую кромку и длинную направляющую
часть (рис. 3.45). Хотя пушечные и подобные им сверла можно применять
как для рассверливания, так и для обработки отверстий в сплошном
материале, для надежного направления сверла целесообразно предварительно
расточить отверстие до диаметра его рабочей части на глубину не менее
половины диаметра сверления.
Ружейные сверла не имеют центральной перемычки, что облегчает
резание металла. Рабочую часть ружейных сверл, как и пушечных, делают
конической в направлении от режущей кромки к стержню. Для уменьшения
трения и улучшения охлаждения сверла вдоль направляющей его части
снимают лыски. Режущую кромку часто выполняют в виде ломаной линии
для лучшего дробления стружки. Ружейное сверло состоит из двух частей —
рабочей части и пустотелого хвостовика. Рабочую часть изготовляют из уг-
278
Позиция 4
Позиция 1
Рис. 3.44. Пример обработки глубоких отверстий в заготовках в процессе
их обработки на шестишпиндельном токарном автомате
-^ЭЕ
uL
/
леродистой стали с напаянной пластинкой из быстрорежущей стали или из
твердого сплава. По отверстию хвостовика подается охлаждающая жидкость
под давлением 1...3 Н/м2, которая снижает температуру режущей кромки
сверла и вымывает стружку, отводимую по канавке сверла.
При обработке отверстий ружейным сверлом целесообразно главное
движение осуществлять инструментом, а заготовке при этом придать
медленное вращение в противоположном направлении.
Кольцевые (трепанирующие) сверла А л
применяют для изготовления сквозных
отверстий большого диаметра (рис. 3.46).
При этом не затрачивается лишняя
энергия на перевод металла в стружку.
При кольцевом сверлении середина в
виде сердечника (диска или цилиндра),
оставшегося после обработки, может быть
использована как заготовка для других
деталей меньшего размера (рис. 3.46, б). рис. 3.45. Пушечное сверло:
Кольцевые сверла обычно применяют для 7 _ корпус. 2 _ хвостовик (труба); 3.
диаметров ОТ 80 ДО 200 ММ И ДЛИНОЙ ДО твердосплавная рабочая часть
ЗЕ^Ш^В-
279
Рис 3.46. Конструкция
трепанирующего сверла (а) и схема обработки
отверстия тонкостенной головкой (б)
500 мм. Специальные сверла состоят из
головки со вставными ножами для
вырезания кольцевого паза в сплошном
металле.
При обработке глубоких отверстий
широкое распространение получили
одно- и двухкромочные сверла с полым
корпусом (рис. 3.47). Режущими
элементами таких сверл являются
твердосплавные пластины. Стержень сверл может
выполняться уплощенным. Сверла с
двумя режущими пластинами обычно
используют для диаметров более 12 мм.
Твердосплавные сверла (диаметром
3...16 мм) с тремя режущими кромками
с углом при вершине 130°, и подъемом
винтовой линии 20° обеспечивают более
плавное резание, чем обычные сверла и
точность в пределах IT 8-IT 9, при величине параметра шероховатости Ra до
1,0 мкм. Такие сверла обычно имеют внутренние каналы для подвода СОЖ
в зону резания, и их можно считать специальными и предназначенными для
работы на многоцелевых станках и обработки высокоточных отверстий в
дорогостоящих деталях.
При обработке глубоких отверстий используют сверла с одной режущей
кромкой (одностороннего резания) обычно выполняемые с цельной
твердосплавной режущей частью (рис. 3.48). Вставные твердосплавные пластины
устанавливают при диаметре обрабатываемого отверстия более 10 мм.
Такими сверлами можно обрабатывать отверстия, имеющие соотношение
длины к диаметру более 100. Общая длина сверла складывается из длины
сверления (/]), длины кондукторной втулки /2, длины люнетов /4, расстояний
между ними: патроном и кондуктором /3, /5, а также длины хвостовика, зажатой
во втулке /6. Подвод СОЖ осуществляется через хвостовик инструмента. При
сверлении достигается 8-9 квалитетов
точности, а величина параметра
шероховатости равна Ra = 5...25 мкм.
Смещение оси отверстия составляет 0,1 мм на
100 мм длины обрабатываемого
отверстия.
Для извлечения из дорогостоящих
изделий обломков метчиков, болтов,
шпилек, применяют специальные сверла
с жесткой режущей частью (рис. 3.49, а).
Сломанный остаток метчика в
заготовке не всегда можно вывернуть
Рис. 3.47. Схема вымывания стружки
через внутренний стержень сверла
280
Рис. 3.48. Схема глубокого сверления:
1 — обрабатываемая заготовка; 2 — смазочно охлаждающая жидкость; 3 -
корпус кондуктора; 4 — сверло с одной режущей кромкой; 5 — люнет; 6 -
зажимная втулка (стрелками указано направление подачи СОЖ)
(рис. 3.49, б). В этом случае вначале используют специальное сверло большего
диаметра, чем метчик для зацентровки (рис. 3.49, в). Затем применяют
специальное сверло меньшего диаметра, чем метчик. Обработка ведется при
30...60 об/с (рис. 3.49, г).
После высверливания, остатки метчика удаляют из отверстия (рис. 3.49, д).
Стойкость сверл можно повысить за счет нанесения износостойких
покрытий или термомеханического упрочнения.
Стойкость спиральных сверл с износостойким покрытием повышается в
2-3 раза при сверлении углеродистых сталей и в 4-5 раз при обработке чугуна.
Скорость резания таких сверл можно повысить в 1,5-2 раза (при неизменной
подаче), а их стойкость останется на уровне стойкости сверл без покрытия.
Нормирование операции
сверления отверстий. При обработке
заготовок методом последовательного
сверления установленных пакетом заготовок
(рис. 3.50, а) или параллельного сверления
несколькими сверлами одновременно
несколько разных заготовок (рис. 3.50, б)
основное время на операцию
рассчитывают по формуле
L
1л
N
где toi — основное время обработки
каждой заготовки; N — число
последовательно или параллельно
обрабатываемых заготовок.
Рис. 3.49. Схема специального
сверла с жесткой режущей частью (а) и
удаления сломанного метчика из
дорогостоящего изделия (б-д)
281
а) б) в)
Рис. 3.50. Схемы сверления (а, б) и рассверливания отверстия (в)
При сверлении и рассверливании сквозного отверстия в одной заготовке
основное время рассчитывают по формуле
_LBp+L3+k
°" nS0 '
где /вр — длина врезания; L3 — длина просверливаемого отверстия в
заготовке; /п — длина перебега режущей кромки инструмента; п — число
оборотов; S0 — перемещение сверла вдоль оси за один оборот.
Длина врезания при сверлении равна
/Bp=fctg9 + (1...3).
При рассверливании отверстия (рис. 3.50, в) длина врезания равна
d-D 2ш ,, „.
'.р=—ctg-^ + (1...3),
где d — диаметр сверла; D — диаметр существующего отверстия; ф — угол
при вершине сверла.
При сверлении глухого отверстия длину рабочего хода определяют по
формуле
^р.х — ^р ' 'вр-
Схема центрирования отверстия вала комбинированным центровочным
сверлом представлена на рис. 3.51.
Оценка основного времени для сверления, зенкерования и
развертывания принципиально не отличаются друг от друга. Стойкость сверл, зенкеров
и разверток оценивают как сумму основных технологических времен,
затраченных на обработку отверстий, до момента когда износ достигает
допустимой величины.
282
Рис. 3.51. Схема центрирования
отверстия вала комбинированным
центровочным сверлом
Следует учитывать, что критерием
износа инструмента при любых методах
обработки является технологический
критерий, обычно это точность и
качество поверхностного слоя обрабатываемой
поверхности.
Операции зеикерования отверстий
Зенкерование — обработка
отверстий с целью увеличения диаметра и
уменьшения шероховатости
поверхности. Обработка отверстий ведется
зенкером.
Зенкер — многолезвийный осевой режущий инструмент для обработки
гладких цилиндрических и ступенчатых отверстий в металлических,
пластмассовых и других заготовках. Зенкер применяют с целью повышения
точности формы, уменьшения шероховатости и увеличения диаметра
обрабатываемого отверстия. Следует различать зенкерование, зенкование и цекование.
Зенкование — обработка заготовок с целью получения конических или
цилиндрических углублений, опорных плоскостей вокруг отверстия и снятия
фасок центровых отверстий (рис. 3.52, а).
Зенковка — осевой многолезвийный инструмент для обработки
конического входного участка отверстия. .
Как и зенкование, цекование является разновидностью зеикерования.
Цекование — обработка поверхности заготовки вокруг отверстия. Оно
предназначено для образования плоскостей под головку винта, шайбу,
упорное кольцо и др. (рис. 3.52, б).
Цековка — осевой многолезвийный инструмент для обработки
цилиндрического и (или) торцевого участка отверстия заготовки. Цековка имеет
нижнюю гладкую направляющую часть, вставленную в отверстие, вокруг
которого осуществляется обработка, что обеспечивает взаимную
перпендикулярность получаемой поверхности и
оси отверстия.
В технологическом процессе
изготовления отверстия зенкерование
занимает промежуточное место между
сверлением и развертыванием. Обычно
зенкера применяют для увеличения
диаметров цилиндрических отверстий,
полученных после сверления, и
повышения качества обработки, а также для
обработки торцевых и фасонных
поверхностей. Зенкерование используют
Рис. 3.52. Схемы зенкования (а) и
цекования (б)
283
как для окончательной, так и для предварительной обработки под
развертывание. При черновом зенкеровании обеспечивается 13-12 квалитетов
точности и величина параметра шероховатости Ra в пределах 25 мкм, после
чистового зенкерования возможно достигнуть 10-8 квалитетов точности и
Ra= 6,3...0,4 мкм. Допуск на диаметр отверстия после зенкерования обычно
назначают как в «+» так и в «-».
Зенкер обеспечивает лучшее направление в работе и меньшая высота
микронеровностей обрабатываемой поверхности. Он не работает в
сплошном материале, поэтому нет надобности в оформлении заостренной
вершины с поперечной кромкой, что обеспечивает зенкеру лучшие условия
резания на всем протяжении режущей кромки.
Зенкеры изготавливают с тремя или четырьмя канавками. Если
требуется снять большой припуск, то с целью увеличения пространства для
помещения стружки применяют зенкеры с тремя и даже двумя канавками. Хотя
жесткость зенкера больше, чем у сверла, подачу на зуб не следует
увеличивать более чем 0,02 от диаметра зенкера (0,02 d3).
По форме режущей части различают цилиндрические и конические
зенкеры. Цилиндрические зенкеры используют не только для повышения
качества предварительно обработанных отверстий, но и для торцевания
поверхностей. Конические зенкера можно использовать для образования
конических отверстий после обработки обычными цилиндрическими сверлами.
Глубину резания при зенкеровании ориентировочно можно определить
из соотношения t = (0,05-0,\)d3, где d3 — диаметр зенкера. В отличие от
рассверливания зенкерование имеет большую производительность и точность
обработки. Зенкеры диаметром более 30 мм можно изготавливать с
механически закрепленными режущими пластинами, в их конструкцию
целесообразно вводить дополнительное нижнее направление, входящее в нижнюю
кондукторную втулку. При необходимости подачи СОЖ в зону обработки,
зенкеры аналогично сверлам выполняют с отверстием, расположенным в
корпусе инструмента. Отверстие в корпусе зенкера допускается выполнять
ступенчатым (рис. 3.53).
При обработке двух отверстий различного диаметра возможно
применение комбинированного зенкера, позволяющего выполнить обработку
с высокой точностью сразу двух отверстий за один рабочий ход (рис. 3.54). Не
рекомендуется применять комбинированные зенкеры с большим
количеством ступеней (более пяти).
Для обработки сквозных отверстий после сверления или еще не
обработанных в исходной заготовке применяют спиральные зенкеры, способные
работать по корке. Отверстия под бол-
^^^^C^C^^Y-/rj-^-/- Я&Ш ты и ДРУ™6 торцевые поверхности
обрабатывают цилиндрическим сверлом и
Рис. 3.53. Зенкер с внутренним от- зенкерами. Конические поверхности
верстаем для подачи СОЖ в зону обрабатывают коническими зенковка-
обработки ми. Для снятия фасок или притупления
284
острых кромок в отверстии заготовок одним
инструментом используется пружинный
зенкер (рис. 3.55). Снятие фасок с одной
стороны заготовки происходит при прямом ходе
пружинного зенкера (рис. 3.55, а), а с другой
стороны при обратном ходе (рис. 3.55, б).
Для обработки глухих отверстий применяют
зенкеры с двумя режущими кромками.
Зенкеры выполняют цельными,
сборными и насадными. Спиральные зенкеры
диаметром до 31 мм обычно изготавливают
цельными, а большего диаметра —
насадными. Сборные зенкеры выполняют
диаметром более 40 мм, в этом случае вставные
ножи позволяют экономить дорогостоящий
инструментальный материал.
При обработке высокопрочных
материалов (ст > 750 МПа) на зенкерах используют
твердосплавные режущие элементы, что
позволяет повысить скорость резания в 2-3 раза
по сравнению с быстрорежущими. Критерием
износа зенкера является износ по задней его
поверхности (рис. 3.56). Для конструкционных
и легированных сталей (ст > 450 МПа) и при
работе с охлаждаемыми зенкерами,
изготовленными из быстрорежущей стали, средний предельный износ зависит от
диаметра отверстия, материала заготовки и инструмента, скорости резания и
условий обработки (табл. 3.7).
Таблица 3.7
Рис. 3.54. Схема обработки
отверстия комбинированным
зенкером
Диаметр
зенкера,
(мм)
10-15
16-20
21-25
26-30
31^0
41-50
Зенкер быстрорежущий
Зенкер твердосплавный
Материал заготовки
сталь, ковкий
чугун
серый чугун
сталь, ковкий
чугун
серый чугун
Износ h, мм
1,0
1,3
1,5
1,8
2,0
—
0,9
1,1
1,2
1,5
1,7
—
—
0,4
0,4
0,5
0,6
0,6
—
0,4
0,4
0,5
0,6
0,6
Для труднообрабатываемых сталей средний износ по задней грани
допускается в два раза большим, чем при обработке конструкционных сталей
285
Рис. 3.56. Схема износа режущих
элементов цельного быстрорежущего (а) и
насадного зенкера со вставными
твердосплавными режущими пластинами (б):
Рис. 3.55. Схема снятия фасок с ; _ корпус; 2 _ нож; 3 _ шш. h _ ве_
двух торцов личина износа режущей кромки
и серого чугуна. Зенкеры затачивают по заборной части. Величина
стачивания определяется так же как и при сверлении. Общая длина стачивания у
цельных хвостовых зенкеров с длиной режущей части Ьр,ч из
быстрорежущей стали равняется 0,7 Lp4, для насадных зенкеров определяется длиной
уступа в отверстии до выточки. При зенкеровании по кондуктору величину
допустимого стачивания £дх определяют по формуле:
£д.с = £р.ч - (£р + Дс.в + 1,5.0),
где Lp — длина обрабатываемой поверхности (резания); Вке — высота
кондукторной втулки.
На стойкость зенкеров оказывают влияние те же факторы, что и при
сверлении.
Операции развертывания отверстий
В отличие от зенкера развертка имеет большее число режущих кромок,
и соответственно на каждую ее режущую кромку приходится значительно
меньшая нагрузка (у сверла две режущие кромки обеспечивают съем
металла, у зенкера 3-9, у развертки 5-14 режущих кромок).
Развертка является мерным инструментом, т. е. заранее заточенной на
определенный размер и не требует настройки, а большее количество режущих
кромок обеспечивает ей высокую производительность и износостойкость. При
развертывании отверстий достигается 5-6 квалитетов точности и параметр
шероховатости Ra = 3,2...0,1 мкм. Так же как и зенкеры развертки выполняют
цельными, сборными и насадными. Развертками обрабатывают
цилиндрические, конические и ступенчатые отверстия, аналогичной формы изготавливают
и развертки. Для обработки глухих отверстий изготавливают специальные
развертки, имеющие дополнительные зубья на торце (рис. 3.57, а). Развертки изго-
^+^
286
Рис. 3.57. Схемы обработки глухого (а) и конического (б, в) отверстий
развертками, режущая часть которых выполнена из быстрорежущей стали:
1 — заготовка; 2 — развертка; 3 — патрон; 4 — кондукторная втулка
тавливают для черновой, получистовой и чистовой обработки, чаще всего такие
комплекты используют для обработки конических отверстий (рис. 3.57, б, в).
Часто черновые развертки изготавливают с предельными отклонениями
диаметра, которые увязаны с полем допуска отверстия И8. Чистовые
развертки применяют после обработки отверстия зенкером, предельные
отклонения которого соответствуют полю допуска /?8, а номинальный диаметр
выполнен с учетом заданного припуска под развертывание.
Рабочая часть разверток состоит из четырех участков — заходного,
режущего, калибрующего и выходного, который выполняется с обратной
конусностью. Затачиваются задние поверхности на первых трех участках.
Конструктивные изменения формы режущих лезвий разверток в
значительной степени зависят от обрабатываемого материала.
При работе чистовыми развертками на токарных и револьверных
станках применяют качающиеся оправки, которые компенсируют несовпадение
оси отверстия с осью развертки.
Самоцентрирующиеся развертки (плавающие) представляют собой
свободно вставленные в державку пластины, предназначенные для удаления
очень тонкого слоя металла. Ввиду того, что эти развертки направляются
самим отверстием, они не могут исправлять кривизну и положение оси.
Износ пластин компенсируется их регулировкой.
287
л h Развертки обычно имеют четное число режущих
3 кромок Zp, которые определяют по формуле
где dp — диаметр развертки; К — коэффициент (для
вязких материалов К =2, для хрупких материалов К = 4).
Рис. 3.58. Схема из- Глубину резания при развертывании выбирают в
носа развертки из бы- пределах 0,1.. .0,4 мм.
строрежущей стали При необходимости устранить огранку
предварительно обработанного отверстия применяют
развертки как с нечетным числом зубьев, так и неравномерным шагом
режущих кромок.
Глубина резания при развертывании t приближенно составляет 0,005.0
(D — диаметр отверстия), а подачу S0 рассчитывают по формуле
е _ azz
sincp
где az — толщина срезаемого слоя (аг > 0,02 мм); Z — число режущих
зубьев (обычно — 6-10); ф — главный угол в плане (для пластичных
материалов ф = 12... 15°, для хрупких и твердых материалов ф = 3...5°).
Подача при обработке заготовок из стали составляет 0,5...2,0 мм/об, из
чугуна— 1,0...4,0 мм/об. Скорость резания устанавливают от 0,1 до 0,27 м/с
в зависимости от диаметра развертки, аналогично сверлению и зенкерова-
нию (большее значение скорости соответствует большему значению
диаметра развертки).
Под черновое развертывание оставляется припуск 0,15. ..0,5 мм на
сторону, под чистовое 0,05...025 мм. Значительно большее, чем у зенкера, число
режущих кромок развертки обеспечивает высокое качество обрабатываемых
поверхностей. Развертки изнашиваются по задней поверхности (грани) зуба
в месте сопряжения заборного конуса и цилиндрической части. Обычно
заточка разверток из быстрорежущей стали производится по ее заборной части.
Критерием износа разверток, выполненных как из быстрорежущей стали
(рис. 3.58), так и с режущими элементами из твердого сплава (рис. 3.59),
является износ по задней грани.
Значения допустимого износа разверток представлены в табл. 3.8.
Таблица 3.8
Инструмент
Развертки, режущая часть
которых выполнена из
быстрорежущей стали
Развертки оснащенные
твердым сплавом
Материал
заготовки
Сталь
Чугун
Чугун
Легкие сплавы
Диаметр
развертки, мм
3...30
3...30
3...30
3...30
Допустимый
износ, мм
0,4...0,7
0,5...0,8
0,5...0,8
0,4...0,7
288
Для труднообрабатываемых сталей
и закаленных сталей (ст>1700МПа)
допустимый износ по задней
поверхности составляет 0,3.. .0,4 мм.
При зенкеровании и
развертывании сквозных отверстий (рис. 3.60, а)
основное время определяют по формуле
kP+lp+h
nS„
где /вр — длина врезания; /р — длина
обрабатываемого отверстия; /п —
длина перебега; п — частота вращения
шпинделя; S0 — подача.
При зенкеровании и
развертывании глухих отверстий (рис. 3.60, б), основное технологическое время
определяют по формуле
т _4РН
Рис. 3.59. Схема износа режущей
части насадной развертки с
твердосплавными элементами:
1 — корпус; 2 — режущие элементы
° nS0
Длина врезания для зенкерования и развертывания равна
/Bp=/ctg(p + (l-3),
где t — глубина резания.
Для операций сверления, зенкерования и развертывания методика
расчета режимов резания и норм времени, оценки износостойкости
инструмента, выбор принципа концентрации операций и выполнение наладок
принципиальных отличий не имеют.
б)
Рис. 3.60. Схемы зенкерования и развертывания сквозных (а) и глухих (б)
отверстий
10 Технология машиностроения
289
3.2.4. Технологические процессы фрезерования,
строгания и долбления
Операции фрезерования
Процесс фрезерования основан на сочетании главного движения —
вращения фрезы и поступательного движения — перемещения заготовки.
При фрезеровании используют специальное оборудование —
технологическую оснастку.
По классификации металлорежущего оборудования фрезерные станки
относятся к шестой группе, которая разделяется на десять типов. Нулевой
тип — резервный, к первому относят вертикально-фрезерные консольные
станки, ко второму типу — копировальные и гравировальные, к пятому —
вертикально-фрезерные бесконсольные, к шестому — продольные, к седьмому —
консольные широкоуниверсальные, к восьмому —
горизонтально-фрезерные консольные, к девятому — разные.
Обычно фрезерование предполагает относительно большие силы
резания, резко изменяющиеся по величине, поэтому к жесткости оборудования
предъявляют повышенные требования.
На фрезерных станках можно обрабатывать плоскости и тела вращения,
резьбы, фасонные криволинейные, винтовые поверхности, прорезать,
отрезать заготовки, подрезать торцы, и выполнять различные другие операции
различной сложности.
Существуют понятия разрезание, отрезание, прорезание и подрезание
заготовок. Разрезают обычно прокат, (абразивными кругами, ножовками) на
фрезерно-отрезных станках, разрезку проводят дисковыми пилами,
оснащенными твердосплавными пластинами.
Затем от частей, разрезанного проката на универсально-фрезерных
станках, отрезают заготовки нужного размера для конкретных деталей. В
этих заготовках прорезают канавки, пазы и др.
Для этих операций при фрезеровании используют прорезные и отрезные
фрезы. Уступы, пазы и проушины обрабатывают дисковыми или
кольцевыми фрезами.
Подрезание торцов заготовок (валов) обычно сопровождается их
зацентровкой на фрезерно-центровальных станках, позволяющих при одном ус-
танове произвести обработку торцов и зацентровку.
На многошпиндельных фрезерных станках с непрерывным циклом
работы осуществляется последовательная обработка (черновая и чистовая)
плоских поверхностей торцевыми фрезами. При необходимости произвести
одновременную стороннюю обработку заготовки используют карусельно-
фрезерные станки с непрерывно вращающимся барабаном.
Вертикально-фрезерные бесконсольные станки с крестовым столом
предназначены для обработки крупных заготовок. Такие станки часто
оборудуют системой ЧПУ или оснащают инструментальным магазином и
револьверными головками.
290
a) 6) -^ZL^-" в)
Рис. 3.61. Схемы обработки заготовок на продольно-фрезерных станках
Одностоечные и двухстоечные продольно-фрезерные станки
предназначены для обработки горизонтальных, вертикальных, наклонных и фасонных
поверхностей крупных заготовок.
На продольно фрезерных станках за счет того, что величина подачи
стола и фрезерной бабки независимы друг от друга, можно обрабатывать
различные криволинейные поверхности (рис. 3.61, а), а за счет поворота
фрезерной бабки обрабатывать поверхности, расположенные под
различными углами относительно базовой плоскости (рис. 3.61, 6). Бесступенчатая
подача позволяет использовать эти станки для сверления и растачивания
отверстий (рис. 3.61, в).
Продольные фрезерно-расточные станки предназначены для
фрезерования, расточки, сверления, резьбонарезания и других работ. Фрезерные
станки позволяют, в частности, проводить последовательную обработку
отверстий (рис. 3.62, а, б), резьбового профиля (рис. 3.62, в), торцевых
поверхностей и канавок (рис. 3.62, г).
Консольно-фрезерные станки разделяют на вертикальные,
горизонтальные, универсальные и
широкоуниверсальные. Вертикальные станки имеют
возможность поворота шпиндельной
головки до 45° и их оснащают системой
ЧПУ. Горизонтальные станки (ось
шпинделя которых расположена
горизонтально) позволяют эффективно
использовать цилиндрические, дисковые и
фасонные фрезы. Универсальные
станки аналогичны горизонтальным, но
имеют дополнительную возможность
поворота стола вокруг вертикальной
оси на 45°. Широкоуниверсальные
консольно-фрезерные станки отличаются
от универсальных тем, что снабжены
дополнительным шпинделем, имеющим
возможность поворота вокруг верти-
Рис. 3.62. Схемы обработки
отверстий на фрезерных станках
291
кальной и горизонтальной осей, что значительно расширяет их
технологические возможности.
Различают консольные и бесконсольные станки.
У консольных станков стол расположен на подъемном кронштейне
(консоли), а у бесконсольных стол перемещается на неподвижной станине.
К оборудованию непрерывного действия относятся карусельные и
барабанные станки.
Вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные и
продольно-фрезерные станки можно отнести к универсальному оборудованию; шлицефре-
зерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные — к
специализированному оборудованию.
Фрезерные станки с ЧПУ обычно оснащены дискретной системой,
которая задает размеры по координатам в пределах 0,01 мм и
инструментальным магазином с 6-24 инструментами.
Станки с ЧПУ изготавливают с вертикальным и горизонтальным
расположением шпинделя, консольные и бесконсольные — с одновременным
управлением по трем координатам.
На фрезерных станках с ЧПУ обработку можно вести как при попутной,
так и при встречной подаче. Автоматическая смена инструмента и
изменение скорости вращения шпинделя, наличие возможностей наряду с
фрезерованием проводить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание
значительно расширяют технологические возможности таких станков.
Таким образом, возможности фрезерования очень широкие при
достаточно высокой производительности. Например, при обработке фланца
рулевого управления легкового автомобиля на шестипозиционном
многошпиндельном фрезерно-сверлильном станке производительность составляет 90
изделий в 1 ч (рис. 3.63).
Основой технологической оснастки является инструмент.
В процессе обработки фреза совершает вращательное (главное) движение.
Фреза — лезвийный инструмент с вращательным главным движением
резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с
одним движением подачи, направление которого совпадает с осью вращения.
По технологическому признаку фрезы разделяют для обработки
плоскостей, шлицев, шпонок, зубчатых, резьбовых, фасонных поверхностей, тел
вращения и др.
По конструктивным признакам фрезы отличаются расположением зубьев
(торцевые, дисковые, угловые и др.), т. е. режущие зубья могут быть
расположены на цилиндрической или торцевой поверхности фрезы; направлением
зубьев (прямые, наклонные, винтовые и др.); конструкцией зубьев (острозато-
ченные, затылованные); конструкцией корпуса (цельные, сборные и др.);
способом крепления (насадные, концевые и др.) и материалом режущей части.
Большое распространение получили концевые фрезы, обладающие
широкими технологическими возможностями. Они могут иметь сложную
форму рабочего профиля, что позволяет обрабатывать ими различные поверх-
292
Позиция 4
Позиция 3
Фрезерование
Установ 1
Установ 2
Позиция 5
Зенкерование
Рис. 3.63. Схема обработки заготовок на шестипозиционном
многошпиндельном фрезерно-сверлильном станке
ности (рис. 3.64). Форма рабочей поверхности концевых борфрез бывает
цилиндрической (рис. 3.64, а, б, в), цилиндрической закругленной (рис. 3.64, г),
шаровой (рис. 3.64, д), конической (рис. 3.64, е, ж, з), факелообразной
закругленной (рис. 3.64, и), факелообразной острой (рис. 3.64, к) и овальной
(рис. 3.64, л, м).
Названные фрезы выполняют как со стружколомами, так и без них.
Угол заострения конических фрез в большинстве случаев составляет 14°,
25°, 30°, 45°, 60° или 90°.
Концевые борфрезы обычно применяют при обработке плоских
поверхностей (рис. 3.65, а), галтелей (рис. 3.65, б), непрямолинейных сварных
швов (рис. 3.65, в), фасок (рис. 3.65, г), сложных профилей (рис. 3.65, д) и
криволинейных профилей в сложнодоступных местах (рис. 3.65, е, ж, з).
При снятии больших припусков, а следовательно, повышении нагрузок
на инструмент применение борфрез нецелесообразно, в этом случае исполь-
293
к) л) м)
Рис. 3.64. Формы рабочего профиля концевых борфрез
зуют цельные или сборные концевые
фрезы (рис. 3.66). Концевые фрезы
можно изготавливать целиком из
быстрорежущей стали или из твердого сплава
(рис. 3.66, а), с напайными винтовыми
(рис. 3.66, 6) или закругленными
пластинами (рис. 3.66, в). Такие фрезы могут
работать с подачей в радиальном или
осевом и радиальном направлениях.
Широкое применение приобретают
концевые фрезы с механическим креплением
неперетачиваемых пластин, например, для
снятия фасок (рис. 3.66, г).
Твердосплавные неперетачиваемые пластины на
концевых фрезах могут иметь различную
форму, например круглую (рис. 3.66, д)
или закругленную (рис. 3.66, е), такие
фрезы целесообразно использовать для
работы по копиру.
Фрезы с пластинами прямоугольной,
треугольной или многоугольной формы
Ж) 3)
Рис. 3.65. Схемы применения
концевых фрез
294
д) е) ж) з)
Рис. 3.66. Некоторые конструктивные решения концевых фрез
работают только с подачей в радиальном направлении и имеют различные
конструктивные решения (рис. 3.66, ж). На обрабатывающих центрах, где
часто используются круговая интерполяция и фрезерование по контуру,
целесообразно использовать концевые фрезы с длинной режущей кромкой,
обеспечивающей различные условия резания. В частности, ступенчатое
расположение зубьев обеспечивает более плавное протекание процесса снятия
металла (рис. 3.66, з).
Рассмотрим более подробно конструктивные возможности концевых
фрез.
Обдирочные концевые фрезы могут выполняться со стружкораздели-
тельными канавками, обеспечивающими дробление сливной стружки,
возникающей при резании (рис. 3.67). Такие фрезы применяют при черновом
фрезеровании заготовок, выполненных из труднообрабатываемых сталей,
при прорезке пазов, выборке карманов и выполнении других операций,
требующих снятия больших операционных припусков. Шаг между лезвиями фрез
выполняется неравномерным, что способствует снижению вибраций,
возникающих при больших подачах. Концевые фрезы могут быть оснащены
цельными (монолитными), твердосплавными режущими элементами (рис. 3.67, а, в)
или отдельными режущими элементами (твердосплавными пластинами),
закрепленными на режущей части инструмента (рис. 3.67, б).
295
Концевые фрезы, как правило,
используют для обработки замкнутых
углублений, пазов, контуров на
вертикально-фрезерных и копировальных
станках. Соотношение рабочего
диаметра к длине в концевых фрезах равно
0,2-0,5 (диаметр их рабочей части
составляет 3.. .50 мм, чаще — 12.. .40 мм).
Для снижения вибраций зубья часто
располагают по окружности с
неравномерным шагом.
Торцевые фрезы изготавливают
из быстрорежущей стали, твердого
сплава, с напайными рабочими
элементами или их механическим
креплением. Цельные концевые фрезы из
твердого сплава имеют высокую
жесткость. Их применяют для обработки
труднообрабатываемых материалов,
чугуна и пластмасс. Такие фрезы
выполняют с двумя, тремя, четырьмя
или шестью режущими кромками (рис. 3.68).
Сборные концевые фрезы можно оснащать многогранными и круглыми
пластинами, с короткой и с удлиненной режущей частью. Такие фрезы
способны выфрезеровать отверстия в сплошном материале, обрабатывать от-
Рис. 3.67. Схемы цельной обдирочной
концевой фрезы (а) и цельной со
сменной режущей частью (б, в):
J — оправка; 2 — сменная цельная
твердосплавная режущая часть
а)
б)
Рис. 3.68. Схема крепления концевой фрезы со сменными
твердосплавными режущими элементами (а) и примеры обработки поверхностей
твердосплавными пластинами различной формы (б)
296
A-A
r-
Рис. 3.69. Эскиз детали с лыской:
J — деталь; 2 — лыска
крытые поверхности по контуру,
карманы, фаски, проушины и лыски.
Лыска — плоскость на
цилиндрической поверхности детали, образованная
срезом ее части (рис. 3.69).
Концевые фрезы изготавливают с
цилиндрическим хвостовиком и
насадные. В них СОЖ может подаваться
через внутренние каналы корпуса фрезы. В большинстве случаев глубина
резания концевых фрез не превышает ее диаметра.
Режущие элементы дисковых фрез расположены на внешней
цилиндрической поверхности или торцевых поверхностях. Они предназначены для
обработки канавок, пазов и других углублений (рис. 3.70).
Выпускают односторонние, двусторонние и трехсторонние дисковые
фрезы, т. е. режущие кромки на них располагаются соответственно только
на цилиндрической (односторонние), на цилиндрической части и на одном
из торцов (двусторонние), на цилиндрической части и обоих торцах
(трехсторонние). Твердосплавные режущие элементы закрепляются в корпусе
фрезы механическим способом.
Обработку поверхностей фрезерованием проводят не только на
специальных фрезерных станках, но и на других видах оборудования.
На рис. 3.71 представлена схема использования дисковых и концевых
фрез при обработке на многопозиционном токарном автомате (позиции 5, 6, 7).
Торцевое фрезерование в основном обеспечивает многостороннюю
обработку плоскостей корпусных заготовок. В торцевых фрезах соотношение
рабочего диаметра к его длине равно 4-6. Стандартные фрезы имеют диаметр от 60
до 600 мм, что позволяет проводить обработку значительных по ширине
плоскостей заготовок за одни проход.
Торцевые фрезерные головки
изготавливают со смежными режущими
элементами из быстрорежущей стали,
твердого сплава или минералокерамики.
Крепление режущих элементов
осуществляется различными способами.
Наиболее простое и надежное крепление
обеспечивается при установке непере-
тачиваемых пластин. Принципиальным
отличием способов крепления можно
считать наличие или отсутствие
системы регулирования положения режущих
элементов на корпусе инструмента
(рис. 3.72, а). Нерегулируемые системы
режущих элементов выполняют по
модульному принципу (рис. 3.72, б).
297
■
О -i
за
а) О) д)
Рис. 3.70. Схемы дисковых
трехсторонних фрез:
a — прямозубая фреза; б — фреза с
разнонаправленными зубьями; в — обработка
паза фрезой с разнонаправленными зубьями
Позиция
Позиция 5
Позиция 2
Позиция 6
(
Позиция 3
Позиция 4
l 1гн|-н
к
Z2>
Позиция 8
Рис. 3.71. Схема использования дисковых и концевых фрез (позиции 5, 6, 7)
при обработке заготовок на восьмишпиндельном токарном автомате:
/ — заготовка; 2 — дисковая фреза; 3 — концевая фреза
298
Рис. 3.72. Схемы крепления неперетачиваемых пластин на насадной
торцевой фрезе:
а — схема регулируемой конструкции; б — модульной конструкции
Несмотря на значительные диаметры даже стандартных фрез, часто
приходится вести обработку поверхностей заготовок по ширине большей,
чем диаметр фрезы. Его можно увеличивать, но при этом следует
учитывать, что диаметр фрезерной головки не должен быть больше диаметра
шпинделя более чем в 1,5 раза, при этом ширину фрезерования желательно
не превышать более чем на 2/3£>ф. (При обдирке и черновой обработке
2/3£>ф, где £>ф — диаметр фрезы).
Современное машиностроительное производство требует высокой
производительности и хорошего качества обработки при снижении количества
операций. Это можно достигнуть, например, применением
комбинированного инструмента (рис. 3.73).
В то же время необходимо уменьшать время на наладку инструмента,
что достигается, в частности, путем обработки заготовок набором фрез, и
позволяет обеспечить допуск на заданную ширину обработки А в пределах
±0,025 мм (рис. 3.74).
Конструкция механического крепления пластин должна обеспечивать
высокую точность и долговечность корпуса, жесткое и беззазорное крепле-
299
ние пластин, создавая условия
беспрепятственного схода стружки, легкую и быструю их смену.
При оценке процесса фрезерования
требуется учитывать направление вращения фрезы и
подачи, распределение усилий резания и
режимов обработки. Торцевые фрезы с винтовыми
твердосплавными механически жестко
закрепленными четырехгранными неперетачиваемыми
пластинами обеспечивают фрезерование чугуна
со скоростью 1.. .2 м/ с и подачей 1.. .0,6 мм/зуб.
Массивные конструкции корпуса фрез,
создающие эффект маховика с пластинами из
поликристаллического алмаза с малым и
неравномерным шагом, который препятствует
возникновению гармонических колебаний,
позволяют производить обработку легких
сплавов при частоте вращения шпинделя до 100 с"
(испытания проводятся и при 200 с"1). При
таких скоростях процесс фрезерования
обеспечивает качество поверхности, сопоставимое со
шлифованной, но требования к точности и
жесткости крепления режущих элементов
значительно возрастают.
Нетрадиционной разновидностью
фрезерования можно считать процесс иглофрезерования. Его особенность заключается
в том, что в качестве режущего инструмента используется стальная пружинная
проволока диаметром 0,2... 1,0 мм, связанная
в пучки и спрессованная. Со стороны
внутреннего торца иглы свариваются с
внутренним посадочным кольцом фрезы. Наружные
торцы игл шлифуются, образуя достаточно
точный наружный диаметр фрезы. Скорость
резания иглофрезой достигает 2,0 м/с,
подача 300 мм/мин, глубина резания 0,01... 1,0 мм,
припуск на обработку составляет 0,01.. .2,5 мм,
стойкость 100...200 ч работы.
Иглофрезерование используется при
обработке наружных поверхностей
стальных корпусных заготовок, очистке окалины
и других черновых операциях.
В последнее время находит все более
широкое применение процесс вихревого
фрезерования валов и резьб. При вихревом
фрезеровании инструмент устанавливается
Рис. 3.73. Комбинированный
инструмент фреза-зенкер:
1 — фреза-зенкер; 2,3 —
режущие элементы; 4 —
обрабатываемая заготовка; 5 —
снимаемый припуск
Рис. 3.74. Схема обработки
набором фрез
300
Рис. 3.75. Схема наружного
фрезерования вала:
1 — обрабатываемая шейка вала; 2 —
фреза
в кольцеобразной державке, которая
закрепляется в специальном роторном
устройстве и совершает вращательное
движение. Режущие кромки
инструмента направлены внутрь державки. Подача
может производиться параллельно оси
вращения вихревого контура, в
радиальном направлении и по окружности.
Обычно подача осуществляется в
радиальном направлении.
Применение дисковых фрез,
оснащенных твердосплавными пластинами,
не имеет принципиальных отличий по
конструкции от обычного инструмента
(кроме того, что режущие кромки
инструмента направлены внутрь). При изготовлении коленчатых валов вместо
токарной обработки перед шлифованием возможно применение вихревого
фрезерования коренных и шатунных шеек.
При круглом наружном фрезеровании фреза имеет форму диска
диаметром 600... 1100 мм, на котором по внешней стороне размещены
твердосплавные неперетачиваемые пластины. При обработке шейки коленчатого
вала фреза, вращаясь, подается до момента достижения заданного размера,
затем начинает вращаться вал, за одни оборот которого происходит
фрезерование его шейки (рис. 3.75). Главное движение совершает фреза.
При вихревом (внутреннем, охватывающем) фрезеровании фреза тоже
имеет форму кольца (диска), но режущие твердосплавные пластины
расположены внутри диска, наружный диаметр которого равен 800... 1000 мм. В этом
случае зубья фрезы располагаются на внутренней поверхности ее корпуса.
Следует учитывать, что профиль
фрезы соответствует негативной форме
шейки коленчатого вала, следовательно,
этот инструмент может быть
использован для конкретного размера вала. При
вихревом фрезеровании вал не
вращается и главное (вращательное) движение
выполняет инструмент (рис. 3.76).
Во время обработки фреза
эксцентрично вращается, совершая
планетарное движение вокруг неподвижной
шейки вала. Вихревое фрезерование по
сравнению с наружным имеет
большую производительность,
обеспечивает плавность работы и стойкость
инструмента.
Рис. 3.76. Схема вихревого
(внутреннего охватывающего)
фрезерования вала:
1 — обрабатываемая шейка вала; 2 —
фреза
301
Рис. 3.77. Схемы резания при цилиндрическом фрезеровании:
а — попутное фрезерование; б — встречное фрезерование
Фрезерование цилиндрическими фрезами можно выполнять в условиях,
когда их вращение и направление подачи совпадают (попутное
фрезерование). В этом случае толщина срезаемого слоя постепенно уменьшается от
/гтах до нуля (рис. 3.77). Если фреза вращается против направления подачи
(встречное фрезерование), то толщина среза увеличивается от нуля до hmx
(рис. 3.77, б).
При фрезеровании большое влияние на точность обработки оказывают
силы резания. При работе прямозубой цилиндрической фрезой
равнодействующую силу резания R можно разложить на окружную (тангенциальную)
Pz и радиальную Ру составляющие. Окружная сила оказывает влияние на
эффективную мощность резания. Радиальная составляющая отжимает фрезу
от заготовки.
Равнодействующую силу R можно разложить также на две взаимно
перпендикулярные составляющие — горизонтальную Р/, и вертикальную Pv.
Горизонтальная составляющая сила оказывает влияние на механизм
крепления заготовки и подачи стола. При встречном фрезеровании она наоборот
стремится отжать (приподнять) заготовку и стол станка (рис. 3.77, б). При
попутном фрезеровании вертикальная составляющая сила прижимает
заготовку и стол к направляющим станка (рис. 3.77, а).
Фрезерование цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями добавляет
осевую составляющую силу Рх, стремящуюся сдвинуть фрезу в осевом
направлении, поэтому целесообразно использовать праворежущие фрезы, т. к.
в этом случае эта сила будет направлена в сторону более жесткой опоры.
Одной из особенностей фрезерования является то, что зуб фрезы
воспринимает ударную нагрузку, срезает неравномерный слой стружки,
находясь в контакте с обрабатываемой заготовкой сотые доли секунды.
Необходимо создавать условия резания такими, чтобы в работе находилось одно-
302
временно несколько зубьев, тогда вход и выход зубьев не будет
сопровождаться значительными колебаниями усилий резания, что позволит повысить
качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. Винтовое
расположение зубьев способствует обеспечению равномерной и более
плавной работы фрезы.
При фрезеровании как и при токарной обработке наибольшее влияние
на износ инструмента оказывает скорость резания, в меньшей степени —
подача и в еще меньшей степени — глубина резания. По сравнению с
токарной обработкой при фрезеровании в работе участвует большое
количество режущих кромок, следовательно, при прочих равных условиях, чем
больше зубьев имеет фреза, тем меньше будет износ ее режущих элементов.
Износ фрез происходит как по задней так и по передней поверхности
зубьев. Степень и характер износа зависят от схемы резания, материала
обрабатываемой заготовки и режущей части инструмента, режимов резания,
геометрии фрезы, СОЖ и других факторов. Обычно за критерий износа фрез
принимается износ по задней поверхности (грани).
Период времени, в течение которого режущее лезвие контактирует с
поверхностью обрабатываемой заготовки называют рабочим циклом
фрезерования тр. После резания лезвие совершает оставшуюся часть оборота
вокруг оси фрезы, не совершая работы и остывая (холостой цикл хх).
Продолжительность рабочего цикла режущей кромки пропорциональна углу
контакта ф, определяемому глубиной фрезерования t. Обычно t<D^, угол
контакта ф < 180°, продолжительность рабочего цикла меньше холостого
цикла, а разность между ними тем больше, чем меньше глубина
фрезерования и больше диаметр фрезы £>ф.
За время рабочего цикла лезвие фрезы нагревается до 400 °С, но фрезы
имеют большую массу и их кромки омываются СОЖ, поэтому
температурный фактор, не является главным в их износе.
При обработке чугуна нагрев режущих лезвий фрезы настолько
незначителен, что обработку можно проводить и без применения СОЖ. При
обработке фрезами с твердосплавными пластинами нагрев их режущих кромок
хотя и значителен, но применять СОЖ не рекомендуется из-за
возникновения в пластинах (из-за перепада температур) внутренних напряжений, что
значительно сокращает их стойкость. Поэтому заготовки из стали
обрабатываются фрезами с твердосплавными пластинами без применения СОЖ.
Глубину резания t выбирают в зависимости от припуска, мощности,
жесткости технологической системы. Ее измеряют перпендикулярно
обрабатываемой поверхности (см. рис. 3.86, а, б).
При фрезеровании существует три вида подач: подача на зуб S2, подача
на оборот S0 и минутная подача SM.
Подача на зуб — величина перемещения инструмента и заготовки при
повороте фрезы на один угловой шаг, мм/зуб,
303
°z - - '
Z HZ
где z — число зубьев фрезы; п — частота вращения фрезы.
Подача на оборот — величина перемещения фрезы и заготовки за один
оборот фрезы, мм/об,
п
Минутная подача — величина перемещения фрезы и заготовки за одну
минуту, мм/мин,
Скорость резания, м/мин, при торцевом фрезеровании определяют по
формуле
_ nDn
_1000'
где п — частота вращения фрезы, об/мин; D — диаметр фрезы, мм
или
V - nDn, м/мин,
где п — частота вращения фрезы, с-1; D — диаметр фрезы, м.
На скорость резания оказывают влияние свойства обрабатываемого
материала и режущего инструмента, геометрия режущих кромок фрезы,
глубина резания и подача на зуб.
С увеличением глубины резания растет количество выделяемой
теплоты, больше подача на зуб — больше толщина среза, трение и износ зубьев.
Все это заставляет снижать скорости резания.
На фрезерных станках вращение фрезы и подача стола кинематически
взаимосвязаны. В процессе резания необходимо иметь определенную
мощность привода N (для осуществления вращения фрезы), которая
определяется по формуле
N = —-,
975
где М— крутящий момент от сил сопротивления резанию.
Напомним, что ранее мощность измерялась в лошадиных силах (л. с). Их
ввел Дж. Уатт в XVIII в., сравнивая паровой двигатель с лошадью; л. с. равнялась
76,25 кгс • м/с. Затем французские ученые для простоты расчетов округлили это
значение до 75 кгс • м/с. Однако в среднем лошадь развивает мощность меньше этой
величины, кроме того, эта величина мощности, а не силы, поэтому лошадиная сила —
понятие неправильное, хотя по-английски «horse power» — звучит как лошадиная
мощность. В настоящее время мощность оценивают в ваттах, т. е. 1 л. с. = 75 кгс • м/с =
= 735,499 Вт.
304
Фрезерование часто является эффективным решением при обработке
как плоских, так и фасонных поверхностей. Напомним, что обработкой
называется действие, направленное на изменение свойств предмета труда при
выполнении технологического процесса. При черновой обработке снимается
основная часть припуска, а при чистовой достигается заданная точность
размеров и шероховатости обрабатываемых поверхностей.
Величина параметра шероховатости зависит от траектории
относительного движения режущих кромок фрезы за время рабочего цикла, от подачи
на зуб S2, диаметра фрезы D$ и условий резания.
Производительность обработки в значительной степени зависит от
величины снимаемого за одни проход припуска, минутной подачи и скорости
резания. Если позволяют требования по качеству обработки, то припуск
экономически целесообразно и технологически возможно снять торцевым
фрезерованием за один проход. Снятие больших припусков (до 25 мм) за
один проход возможно за счет применения ступенчатых торцевых фрез.
Применение керамики и композита в качестве режущих элементов при
получистовой и чистовой обработке сталей и чугунов позволяет повысить
производительность процесса обработки в два и более раз.
Целесообразно использовать фрезы с механическим креплением
многогранных пластин, а не напайные, так как их стойкость в 1,5-2 раза выше.
Следует учитывать, что применение пластин из сверхтвердых и
керамических материалов экономически оправдано, только при соблюдении
определенных условий обработки, в частности, необходимо применять жесткое
высокоскоростное автоматизированное оборудование.
Возможности процесса фрезерования достаточно широкие, например,
скорость фрезерования достигает 10... 15 м/с, причем обрабатывать можно
даже закаленные стали. Следует учитывать, что при больших скоростях
обработки снижаются силы резания, уменьшается подача на зуб,
увеличивается минутная подача, но при этом температура резания повышается до
1000°С, а потребляемая мощность возрастает в 10 и более раз.
В настоящее время появляется новое очень жесткое и мощное
оборудование, позволяющее увеличивать скорость вращения шпинделя до 1000 с" ,
а подачу до 1 м/с, но даже эти результаты не считаются предельными.
Размерный анализ технологической системы на примере операции
фрезерования. При фрезеровании, для выполнения заданных технических
условий, необходимо настроить инструмент на заданный размер. Предположим
нужно обработать заготовку, эскиз и размерная цепь которой представлена на
рис. 3.78.
Напомним основные понятия о размерных о
цепях. В общем виде они представляют
совокупность размеров, образующих замкнутый контур.
Технологической размерной цепью является рИС- з.78. Технологическая
та, которая обеспечивает требуемое расстояние размерная цепь на эскизе
или относительный поворот между поверхно- детали
305
1
«
i
'1
стями изготавливаемого изделия, при выполнении операции или ряда
операций, при настройке станка и расчете межпереходных размеров. Размерная
цепь состоит из звеньев. На схемах цепей линейные размеры обозначают
двусторонней стрелкой (<->). Линейной называется размерная цепь,
звеньями которой являются линейные размеры. Исходное звено размерной цепи,
являющееся или получающееся последним при решении поставленной задачи,
называется замыкающим. Звено цепи, функционально связанное с
замыкающим называется составляющим. Составляющие звенья бывают
увеличивающими и уменьшающими. Увеличивающим будет то, с увеличением
которого замыкающее звено увеличивается, а уменьшающим — с
увеличением которого замыкающее звено уменьшается.
Наиболее простой является плоская размерная цепь, звенья которой
расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях.
Точность замыкающего звена достигается следующими методами: полной
взаимозаменяемости, неполной взаимозаменяемости, групповой
взаимозаменяемости, пригонки и регулирования.
При расчете размерных цепей решают прямую и обратную,
динамическую и статическую задачи.
Прямая задача — та, при которой заданы параметры замыкающего
звена и требуется определить параметры составляющих звеньев.
При обратной задаче известны параметры составляющих звеньев и
требуется определить параметры замыкающего.
Статическая задача решается без учета факторов, влияющих на
изменение звеньев размерной цепи во времени, а динамическая — с учетом этих
факторов.
Расчеты размерных цепей осуществляют вероятностным методом и на
максимум-минимум. Вероятностный способ учитывает рассеяние размеров
и возможности различных сочетаний отклонений, составляющих звеньев, а
расчет на максимум-минимум учитывает только предельные отклонения
звеньев и самые неблагоприятные их сочетания.
При построении размерной цепи необходимо:
1) изобразить схему размерной цепи;
2) найти замыкающее звено (размер, точность которого должна быть
обеспечена на данной операции);
3) найти составляющие звенья;
4) определить допуск и координату
середины поля допуска замыкающего
звена.
На рис. 3.79 представлена схема
варианта установки инструмента на
заданный размер. Обычно перед обработкой
заготовки на фрезерном станке прово-
Рис. 3.79. Схема варианта установки дится наладка (настройка на заданный
инструмента на заданный размер размер инструмента) для обеспечения
306
заданного размера А, который будет являться замыкающим звеном АА.
Заготовка закрепляется в тисках на столе фрезерного станка, с учетом
установочного размера Ау. Наладку станка проводят в статическом (не
работающем) состоянии станка, выставляя наладочный размер Аи.
С учетом жесткости технологической системы, т. е. величины отжатия
фрезы от заготовки (определяется опытным путем) последним звеном
размерной цепи будет размер отжатия системы А0.
Таким образом формула расчета замыкающего звена имеет следующий
вид:
Ад = Аи + А0 — Ау.
Погрешность замыкающего звена
со.
■ сдл +(£>а +аъ .
"н лу "о
Можно считать, что номинальное значение А0 равно нулю.
Установочная база совмещена с измерительной, поэтому погрешность базирования
равна нулю. Погрешность приспособления и погрешность закрепления
имеют постоянную величину и могут быть учтены в наладочном размере,
т. е. Ау также равна нулю.
При ручном закреплении заготовки в тисках следует учитывать
погрешность закрепления, из-за возможного колебания усилий зажима.
Для более точного расчета размерной цепи наладочный размер можно
проставить не от режущей кромки фрезы, а от ее оси (рис. 3.80).
Рис. 3.80. Схема размерной цепи технологической системы
307
Размеры А и В получают настроенным на размер инструментом на
фрезерном станке в два перехода, т. е. эти размеры являются замыкающими
звеньями в технологической размерной цепи.
Уравнения замыкающего звена технологических цепей имеют
следующий вид:
лд = Л) - А2 - л3 - л4 - л5 - л6;
ВА = В\ ~ В2 ~ В3 ~ В4 ~ В5 ~ В6-
Погрешность звеньев Аъ и Въ вызвана износом инструмента
(сои^,соИв), а при обработке одной детали их с уверенностью можно
принять равной нулю, т. е. сои = 0. Погрешность звеньев АА и ВА вызвана
погрешностью установки заготовки в приспособлении (тисках), однако, если
учесть, что установочная и измерительная базы совмещены (принцип
совмещения баз соблюден) и погрешность базирования равна нулю, то
фактически погрешность этих звеньев вызвана погрешностью закрепления
заготовки (созак).
Погрешности замыкающих звеньев можно определить следующим
образом:
<% = «ч + «ч + «ч + «ч + «ч + «ч;
°ч = °ч + «ч + «ч + «ч + «ч + °ч •
При совместном решении технологической размерной цепи (С = А - В)
получим уравнение
С = (А1-А2-А5-А6)-(В1 + В2+В5 + В6).
Погрешность замыкающего звена по методу взаимозаменяемости
(со = £со,-) определяют по формуле
сос = а>4 + а>4 + ац + сол + соВ[ + ац + соВ5 + соВб
или
ЮС =(<*>АА- «Ч ~ «Ч ) + К* ~ °Ч _ °Ч ) •
Если учесть, что со^ = 0 и а>в = 0, а со^ = а>в = а>злк, то погрешность
замыкающего звена можно определить по следующей формуле:
сос=со^+а)дв-2а)зак.
Учитывая условия возможного возникновения дефектных деталей сос ^ Тс;
(£>А < Тл; (£>в < Тв и уравнение решения размерной цепи по методу
взаимозаменяемости, в котором допуск замыкающего звена размерной цепи
определяется по формуле Т^ = XX, получим уравнение допусков
308
ТС=ТА+ТВ-2(»:
При условии, если предполагается значительный износ инструмента,
например, при обработке заготовки из труднообрабатываемого материала,
большой длины или крупной партии таких заготовок следует учитывать и
погрешность вызываемую износом инструмента (сои).
В этом случае расчетная формула примет следующий вид:
СОс=СО/4+СОДя-2(а)зак+а)и)-
Если обработку поверхности А будут вести на одном станке, а
поверхности В — на другом, то погрешность (поле рассеивания) замыкающего
звена и допуск определяют по формулам
ас=аА+ав,
тс=тА+тв.
Такое изменение формул вызвано отсутствием общих звеньев
размерной цепи. Технологическая задача может быть представлена меньшим
количеством звеньев, однако совмещение и сопоставление всей технологической
цепи, а не отдельной наладочной позволяет более глубоко проанализировать
варианты и расширить допуски на операционные размеры.
Многостаночное обслуживание на примере операции фрезерования.
При фрезеровании возникают возможности многостаночного обслуживания, в
этом случае станки обязательно должны выключаться после выполнения
операции. Примеры циклограмм работы на фрезерных станках представлены на
рис. 3.81. Основное время обработки заготовки на каждом станке равно или
больше суммы времен, необходимых для обслуживания двух других
фрезерных станков. Цикл работы равен
Tn=t0+tB+tn,
где t0 — основное время; tB — вспомогательное время; tn — время перехода
фрезеровщика от станка к станку.
Количество станков, которые мог бы обслужить фрезеровщик
определяют по формуле
п = \+—^—.
Циклограмму начинают строить с наиболее трудоемкой операции в
поточной линии фрезерных станков. Многостаночное обслуживание возможно
при условии, что время на ручные операции меньше или равно основному
времени (см. рис. 3.87, а). Ручное время рабочий затрачивает на установку и
снятие заготовки, на переход от станка к станку, наблюдение за их работой
и личные потребности (если не предусмотрены специальные перерывы на
309
Станок 1
Время на
переход от
станка к
станку
Время на
выгрузку и
загрузку
заготовки
Основное время работы станка
Время на
переход от
станка
к станку
Время
выгрузки
и загрузки
заготовок
%
%
(9
Станок 2
Основное время
работы станка
Время
перехода
от станка
к станку
Время
загрузки и
выгрузки
заготовок
Основное\время работы станка
Время работы рабочего фрезеровщика
Простой
рабочего
Время работы рабочего
фрезеровщика
а)
Станок № 1
Станок № 2
Станок Na 3
'/Л ^/////У//Л &/////////Л
б)
у////////л ^zmm
\
\
У////Л hW/ШЛ Ъ#/////////Л
Время реботы фрезеровщика
Рис. 3.81. Циклограмма работы фрезерных станков:
Гц — время цикла многостаночной работы; —<3~*" — направление
перемещений фрезеровщика от станка к станку; | | — время переходов
фрезеровщика от станка к станку (станок простаивает); \//\ — основное время;
| 1 — вспомогательное (неперекрываемое) время
отдых). Число операторов-станочников зависит от общего числа станков N и
количества станков обслуживаемых одним рабочим п. Коэффициент
многостаночного обслуживания определяют
^м.о -
N
При построении циклограммы многостаночного обслуживания
пользуются условными обозначениями используемого времени (см. рис. 3.87, б),
что значительно упрощает процесс построения циклограммы и делает ее
более наглядной.
310
Износостойкость инструмента. Износ фрез происходит по задней и
передней поверхности зубьев, но, учитывая, что наиболее интенсивному износу
подвергаются задние поверхности и уголки сопряжения главных и
вспомогательных лезвий, его измерение ведут по задней поверхности зубьев (табл. 3.9).
Таблица 3.9
Вид износа
Фреза
Обрабатываемый
материал
Износ, h, мм
Концевая
(быстрорежущая)
Сталь
Сталь
Дисковая трехсторонняя
(быстрорежущая)
Чугун
Прорезная и отрезная
(быстрорежущая)
Сталь,
Чугун
0,3...0,5
0,3...0,5
0,4...0,6
0,4...0,5
Цилиндрическая и торцевая
(быстрорежущая)
Сталь,
Чугун
Сталь,
Чугун
0,4...0,6
0,5...0,8
1,2...1,5
1,5...2,0
Торцевая
(твердосплавная)
Сталь
Чугун
1,0...1,5
черновая
фреза
0,3...0,5
чистовая
фреза
1,5...2,0
черновая
фреза
0,3...0,5
чистовая
фреза
Фасонная затылованная
(быстрорежущая)
Сталь
0,8...1,0
черновая
фреза
0,3...0,5
чистовая
фреза
Условия работы фрез неблагоприятные, так как за рабочий цикл
режущая кромка срезает стружку переменной толщины. При толщине снимаемой
311
стружки менее 0,05 мм износ зубьев фрезы настолько возрастает, что
становится соизмерим с износом, вызванным повышением в несколько раз
скорости резания. При обработке жаропрочных и других труднообрабатываемых
материалов на передней поверхности режущих лезвий фрез образуются лунки,
которые постепенно увеличиваясь в размерах, переходят на заднюю
поверхность, создавая как бы «заваленную» режущую кромку большого радиуса.
Степень износа зависит от условий фрезерования. При использовании
торцевых фрез с напайными или неперетачиваемыми твердосплавными
вставными ножами обработка ведется с большими подачами.
При использовании напайных твердосплавных пластин возможны
случаи выкрашивания режущих кромок, из-за образования трещин в пластинах,
возникающих в процессе их напаивания, заточки или ударов при входе
зубьев в обрабатываемый материал, неравномерного припуска, наличия
твердых включений в материале заготовки и по другим причинам.
Некоторое уменьшение интенсивности износа можно обеспечить,
изменяя формы режущей части зуба, например, располагая главное режущее
лезвие под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения фрезы или
увеличивая ширину и уменьшая толщину срезаемого слоя. Одним из
важных условий снижения износа зубьев фрезы является обеспечение быстрого
отвода теплоты из зоны резания.
Когда износ достигает предельного значения, фрезу перетачивают по
задней поверхности лезвия зуба (табл. 3.10).
Величину стачивания металла при заточке по задней поверхности
(грани) зуба фрезы определяют по формуле
htga + T
Д/ = -cosy,
cos(a + y)
где h — износ по задней поверхности зуба фрезы; a — задний угол; Т —
допуск на заточку (0,1.. .0,2 мм); у — передний угол.
Из-за необходимости устранить биение ножей у сборных фрез величину
стачивания можно принимать большей, чем у цельных. Во всех случаях
величина допустимого общего стачивания для фрез должна соответствовать
не более половине высоты Н их рабочей части.
Нормирование операции фрезерования. Основное технологическое
время при фрезеровании определяют по формуле
, Л+/вР+/пЧ Ах
Szzn SM
где L — длина рабочего хода; /0 — длина обрабатываемой поверхности
заготовки; / — длина врезания фрезы; z — число зубьев фрезы; /п —
перебег фрезы; /д — дополнительная величина хода; i — число проходов
фрезы; S„ — минутная подача.
312
Таблица 3.10
Фреза
Схема заточки
Угловая с раскошенными зубьями (со
вставными ножами)
С незатылованными зубьями
(конструкция которых позволяет восстановить
первоначальную высоту зубьев)
Шпоночная (типа пальцевой)
Затылованная (типа пальцевой)
&1
h
т
Дополнительная величина хода /д может быть вызвана особенностями
наладки и конфигурации заготовки. В том случае, когда производится
одновременная обработка нескольких заготовок, весь их комплект
рассматривается как одна заготовка. Производительность фрезерования в значительной
степени можно оценить минутной подачей
= 318
SzVz
где Sz — подача на зуб фрезы; V— скорость резания; z — число зубьев
фрезы; £>ф — диаметр фрезы.
При обработке на фрезерных станках с прямолинейной подачей
минутную подачу можно определить по формуле
313
SM=So«-
Минутную подачу уточняют по паспорту станка.
При обработке плоских поверхностей цилиндрической фрезой (рис.
3.82, а) длина врезания /вр определяется по формуле
lBp=JZ(D-t),
где D — диаметр фрезы; t — глубина резания.
При обработке плоских поверхностей торцевой фрезой (рис. 3.82, б)
длина врезания
/Bp=0,5(D-VD2-52) + -p
tgq>
где В — ширина фрезерования; ф — главный угол фрезы в плане.
Длину перебега фрезы /п принимают в зависимости от условий
обработки, вида фрезерования и диаметра фрезы в пределах от 1 до 5 мм.
При фрезеровании заготовки на многошпиндельном станке (рис. 3.83)
длину рабочего хода определяют по формуле
>х = 'р + 'вр + 'ol + 'o2 + 'п >
где /вр — длина врезания /вр «-± ; /п — длина перебега I /п w -f ; /о1, /о2 —
расстояние между шпинделями.
и ^=^Ж=ф
/„
^V77777777T^7777777777777i
i7"
•вр
а;
щш
в
6)
Рис. 3.82. Схемы фрезерования поверхностей заготовки:
а — фрезерование цилиндрическими фрезами; б— торцевое фрезерование
314
П7
Рис. 3.83. Схема фрезерования корпусной заготовки на многошпиндельном
агрегатном станке:
1 — заготовка; 2, 3,4, 5 — фрезы
При фрезеровании концевой фрезой по контуру заготовки (рис. 3.84)
длину рабочего хода определяют по формуле
где d — диаметр фрезы.
При фрезеровании паза пальцевой фрезой (рис. 3.85) длину рабочего
хода рассчитывают по формуле
1рл = 1р ~ ^ф >
Dr
где с?ф — диаметр фрезы.
Длина рабочего хода за оборот стола 2^/р*
при обработке заготовок на
многошпиндельных станках с круговой подачей
определяется по формуле
а
1ЛЛЛЛЛЛЛЛДЛЛЛААЛЛЛЛА1
'р.х л"расп 350°'
о,|
где dn
<SSBSBSSESSESSi
tj ilDs
*расп — средний диаметр
расположения заготовок на столе станка; а — Рис. 3.84. Схема фрезерования кон-
угол поворота стола станка за время ре- девой фрезой по контуру заготовки:
зания. 1 — заготовка; 2 — фреза
315
/
С хг
1?
'р
f
В этом случае основное время на
. станках с круговой подачей, т. е. при
/-*■ обработке комплекта заготовок, уста-
Л новленных на барабане (столе станка)
будет определяться по формуле
_J о_
°"яст360°'
где ист — уточненная частота вращения
Рис. 3.85. Схема фрезерования паза: шпинделя станка; а — угол поворота
1 — заготовка; 2 — пальцевая фреза стола станка за время резания.
Операции строгания и долбления
Кинематическая схема обработки плоскостей заготовок строганием и
долблением достаточно простая и предусматривает главное движение
прямолинейно направленной скорости резания. Разница между строганием и
долблением заключается лишь в том, что в первом случае главное движение
осуществляется в горизонтальной, а во втором случае — в вертикальной
плоскости. Особенность процессов состоит в том, что подача S выражается в
мм на двойной ход резца или заготовки (мм/дв. ход).
Таким образом строганием можно называть обработку материалов
резанием, с помощью однолезвийного инструмента с
возвратно-поступательным главным движением.
Долблением называют строгание инструментом, установочная база
которого параллельна направлению главного движения резания.
Операции строгания и долбления проводятся соответственно на
строгальном и долбежном оборудовании.
Согласно классификации металлорежущего оборудования, строгальные
станки находятся в седьмой группе вместе с долбежными и протяжными
станками. Группы станков, классифицированные по их технологическому
назначению, в зависимости от вида обработки подразделяют на 10 типов:
нулевой — резервный, первый — одностоечные, второй — двухстоечные,
третий — поперечно-строгальные станки, четвертый — долбежные, пятый —
протяжные горизонтальные, шестой — резервный, седьмой — вертикальные
протяжные, восьмой — резервный, девятый — разные строгальные станки.
Долбежные станки предназначены для обработки наружных и
внутренних, плоских и фасонных поверхностей заготовок. На них возможна
обработка различных канавок, вырезов в цилиндрических и конических
отверстиях. Поворотный стол (с углом поворота на 360°) значительно расширяет
технологические возможности долбежных станков. Диаметр стола
составляет от 360 до 1600 мм, а ход долбека от 10 до 1600 мм.
При обработке заготовок на продольно-строгальных станках заготовка и
стол совершают возвратно-поступательное движение, т. е. создаются значи-
316
тельные инерционные силы, заставляющие снижать режимы резания
(скорость резания 0,3...0,6 м/с). Тяжелые условия работы строгальных резцов,
вызванные ударами во время входа в обрабатываемый материал и неравномерные
напряжения, возникающие в результате изменения сил резания, требуют
увеличения державок строгальных резцов в 1,2-1,5 раза по сравнению с обычными
токарными при прочих равных условиях (снимаемом припуске, материале
твердости заготовки и др.). При вылете головки до 40 мм строгальные резцы
выполняются прямыми, свыше 40 мм — изогнутыми. Строгальный резец
подвергается изгибающему моменту, повышение которого зависит от увеличения
вылета резца. Обеспечение виброустойчивости резца является важной
предпосылкой стабильности качественных показателей обрабатываемой поверхности.
Чистовое строгание (широкими резцами) позволяет обеспечить отклонение от
параллельности плоскости 0,1 мм на 1000 мм длины. Для более плавной работы
строгальных резцов в момент их врезания в обрабатываемую поверхность
наклон главной режущей кромки выполняется под углом 8... 10°.
В продольно-строгальном станке главное движение осуществляет стол, в
поперечно-строгальном — резец, а движение подачи — стол. После каждого
рабочего хода резец совершает холостой ход, т. е. совершается двойной ход,
резец перемещается на величину подачи и цикл повторяется.
Геометрия токарного, строгального и долбежного резцов не имеют
принципиальных отличий, однако, условия работы у них различные (рис. 3.86).
За время холостого хода строгальный (долбежный) резец остывает.
Казалось бы с точки зрения теплового режима условия его работы должны
обеспечивать стойкость и точность обработки, однако это не так.
Цикличность нагрева и охлаждения приводит к усталостным явлениям, что снижает
стойкость строгальных и долбежных резцов. Ударные нагрузки при входе и
выходе резцов из зоны резания также сказываются на них, на точности
обработки. По сравнению с токарными условия работы строгальных и
долбежных резцов значительно хуже и их стойкость меньше. Микронеровности
на поверхности, обработанной строгальными и долбежными резцами,
имеют однозначную направленность (рис. 3.87).
Число проходов резца i зависит от общего припуска на обработку Z0 и
определяется по формуле
t
где t — глубина резания.
При необходимости обработки труднодоступных поверхностей
используют двухсторонние резцы (рис. 3.88). Поворотом такого резца можно
обеспечить не только смену режущего элемента, но и установку его в нужном
положении (рис. 3.88, б).
Число двойных ходов, необходимых для снятия заданного припуска, равно
.В + ЬврВ+ЬпВ
"дв.х=г Z '
317
L
^ ».
.jC.— I.. ..
1
i
ГГПГТ
L
.4 k.
ps
\
EL/
Г
1
I
з:
i.
,,
£
e;
Рис. 3.86. Схемы строгальных резцов:
а — резец проходной (с пластиной из быстрорежущей стали) изогнутый (с
углом 45°); б, в — резцы строгальные прямые подрезные; г — резец проходной
прямой; д — резец проходной изогнутый; е — резец отрезной (прорезной)
где / — число проходов; В — ширина обрабатываемой заготовки; ЬврВ
начальный перебег резца на каждый двойной ход по ширине заготовки; bn B
конечный перебег резца на каждый двойной ход по ширине заготовки; S
подача (направленная перпендикулярно главному движению резания).
318
Скорость рабочего хода
р.х
1000 v ;
в)
п
Выступы
б)
в)
УХлЛ/^Чл.
где Lp х — длина рабочего хода резца
(стола); пдвх — число двойных ходов
резца (стола); К — отношение скорости
рабочего хода Крх к скорости холостого Рис- 3-87- Топография поверхности,
хода V обработанной строгальным резцом (а)
Скорость холостого хода Кхх и профилограммы, записанные в про-
с «л», с дольном (о) и поперечном направле-
обычно принимают на 20 % больше ' v, . v
г. ., НИЯХ (в)
скорости рабочего хода Vp x.
На долбежных станках скорость резания, как правило, составляет
0,1...0,6 м/с. Число двойных ходов можно определить по следующей
формуле:
Vp 1000-60
А,х(1 + *)'
Основное технологическое время при строгании (рис. 3.89) определяют
по формуле
_.{Lp+lBpL+lnL)(B + bBpB+bnB)
'о 1 с '
Рис. 3.88. Двусторонние резцы для строгальных и долбежных работ:
а — общий вид резца; б — схема обработки
319
Рис. 3.89. Схема обработки заготовки
на строгальном станке:
1 — заготовка; 2 — строгальный резец;
Д. — главное движение; Ds — движение
подачи; р.х — рабочий ход; х.х —
холостой ход; Z0 — общий припуск
где i — число проходов; Lp — длина
обрабатываемой заготовки (длина
резания); lBpL — начальный перебег резца
на каждый двойной ход по длине
заготовки; /^ — конечный перебег резца
на каждый двойной ход по длине
заготовки.
Основное технологическое время
при долблении равно
L
В
Идв.х-?'
где В — глубина канавки; пдв х —
число двойных ходов; S — подача резца на
один двойной ход.
Строгание и долбление имеет
много общего с токарной и фрезерной
обработкой, например, по геометрии
режущей части резцов, методике
оценки их износа, расчета режимов
резания, припусков, стружкообразо-
вания и др.
3.2.5. Технологические процессы наружного
и внутреннего протягивания
Оценка загрузки оборудования на примере
протяжных операций
Протягивание — обработка многолезвийным инструментом с
поступательным главным движением резания, распространимая на всю
обрабатываемую поверхность без движения подачи.
Различают наружное и внутреннее протягивание. Внутренним
называется протягивание внутренней замкнутой поверхности и ее элементов,
наружным — наружной или незамкнутой внутренней поверхности.
Протяжка — многолезвийный инструмент, лезвия которого,
расположенные один за другим в направлении главного движения резания,
выступают одно над другим в направлении, перпендикулярном к направлению
этого движения, осуществляемого без движения подачи.
Протягивание является одним из самых производительных процессов,
так как подача заложена в самой конструкции инструмента. Следующий
320
друг за другом режущий элемент расположен выше предыдущего на
величину подачи Sz. Поэтому необходимым и достаточным оказывается только
одно рабочее (главное) движение, благодаря чему и достигается высокая
производительность процесса.
Протягиванием обрабатывают заготовки из стали, чугуна, цветных
металлов и сплавов, труднообрабатываемых, закаленных сталей (48 HRC3),
пластмасс, точность обработки обеспечивается до 6-9 квалитетов и
величина параметра шероховатости Ra = 2,5...0,25 мкм.
Производительность протягивания в 3-15 раз выше других методов
механической обработки (строгания, долбления, шлифования, зенкерования,
развертывания и др.). При ручной загрузке протяжного станка
производительность может достигать до 150 деталей в 1 ч, а в автоматическом режиме
1500 деталей в 1 ч. Даже при обработке крупных и тяжелых заготовок
производительность протягивания значительно выше рассверливания,
фрезерования, долбления, строгания. Непрерывное рабочее движение,
автоматизация загрузки и выгрузки, большие скорости резания способствуют высокой
производительности протяжного оборудования.
Протяжные станки относятся к седьмой группе классификации
оборудования (вместе с долбежными и строгальными). Их разделяют на станки
для внутренней и наружной обработки вертикального и горизонтального
исполнения (рис. 3.90). Обработка отверстий может осуществляться
протягиванием и (или) прошиванием.
Процесс прошивания требует небольшого хода, а следовательно, не нужно
протяжное оборудование. Прошивание отверстий производят на прессах.
Различают протяжные станки для наружного протягивания возвратно
поступательного и непрерывного действия. На станках непрерывного
действия осуществляют круговое протягивание зубьев колес, вихревое протяги-
Оборудование, применяемое
при протягивании
Протяжные станки для
внутреннего протягивания
и прошивания
X
Протяжные станки для
наружного протягивания
Для прошивания
з_
Для протягивания
Пресса
Вертикальные
- Горизонтальные
Вертикальные
Горизонтальные
X
- Одинарные
Возвратно-
поступательного
действия
1
Непрерывного
действия
Сдвоенные
С движущимся
инструментом
С движущейся
заготовкой
Рис. 3.90. Классификация оборудования, применяемого при протягивании
11 Технология машиностроения
321
вание валов, обработка корпусных деталей и другие операции. Обычно
главное движение осуществляет инструмент, а заготовка остается
неподвижной. Протяжка захватывается патроном станка автоматически.
Стоимость вертикального протяжного станка больше, чем горизонтального, но
он занимает в 2-3 раза меньшую площадь производственного участка.
Вертикальные протяжные станки легче автоматизировать, и обеспечить
на них двухпозиционную обработку (отверстия и шпоночного паза,
цилиндрического и шлицевого отверстия, черновую и чистовую обработку двумя
протяжными и др.).
Такие станки снабжены гидравлическим, реже электромеханическим
приводом.
Серийные горизонтальные протяжные станки имеют тяговое усилие от
25 до 1000 кН, скорость рабочего хода от 0,3 до 15 м/мин и длину хода
каретки от 1000 до 2000 мм .
Обычные вертикальные протяжные станки (для внутреннего
протягивания) имеют тяговое усилие от 50 до 200 кН, скорость рабочего хода от 0,5 до
15 м/мин. Крайние значения скоростей выбирать не следует, приемлемым
диапазоном можно считать от 1 до 12 м/мин.
Мощные протяжные станки развивают усилие до 1700 кН, при скорости
резания до 7 м/мин. Менее мощные станки (до 100 кН) имеют скорость до
35 м/мин. Протяжные станки только непрерывного действия развивают
скорость до 150 м/мин. Остальное протяжное оборудование очень медленно
переходит к скоростям резания в диапазоне 35... 150 м/мин.
Станки для наружного и внутреннего протягивания обычно имеют
гидравлический привод, бесступенчатое регулирование скоростей рабочего и
обратного хода, автоматизированные отвод и подвод протяжки и ее
сопровождение в процессе резания. Широкий диапазон скоростей резания,
жесткая и виброустойчивая конструкция станков и мощный привод главного
движения позволяет обрабатывать заготовки с высокой точностью и
производительностью .
Протяжные станки изготавливают различной модификации и
исполнения. Рабочий стол станков для наружного протягивания может иметь
прямолинейный подвод, выполняться опрокидывающимся, отводным и
поворотным. За счет оснащения станков различными зажимными и за-
грузочно-разгрузочными быстродействующими приспособлениями и
манипуляторами обеспечивается высокая степень автоматизации обработки
заготовок.
Особенностью сдвоенных протяжных вертикальных станков для
наружных работ является наличие двух рабочих салазок и двух подводных
Напомним, что единица силы Ньютон — Н (тяжесть, вес, подъемная сила),
названа по имени английского ученого Исаака Ньютона (1643-1727). Применяют и
кратные ей единицы измерения: микроньютон — мкН; миллиньютон — мН;
килоньютон — кН и меганьютон — МН.
322
столов. В то время, когда на одном столе производится загрузка заготовок,
на втором столе осуществляется автоматический цикл обработки.
Для некоторых деталей выпускают специальные вертикальные
протяжные станки. Обычно на таких станках-автоматах обрабатывают пальцы,
втулки, прорезные гайки и другие небольшие заготовки.
При выборе оборудования необходимо учитывать его высокую
производительность, рассчитывать коэффициенты загрузки и использования
станка по основному времени. Коэффициент загрузки станка г\3 определяют
как отношение расчетного количества станков N , занятых на данной
операции, к фактическому числу станков Л^:
ЛГ
Лз =
N.
Ф
Расчетное количество станков определяют как отношение штучного
времени tmr на данной операции к такту выпуска тв:
М.
'шт
Коэффициент загрузки станка изображается в виде гистограммы
(прямоугольники с различными высотами, соответствующими коэффициентам
загрузки станков), на которой видна разница коэффициентов загрузки
отдельных станков (рис. 3,91).
Следует учитывать высокую производительность протяжных станков и
зачастую отсутствие альтернативных вариантов обработки, поэтому
коэффициент загрузки г\3 протяжного станка может быть ниже общепринятых
норм.
Коэффициент использования станка по основному времени г\0 для
крупносерийного и массового производства определяют как отношение
основного времени t0 к штучному *шт:
Ло
Для мелкосерийного и единичного
производства г\0 определяют как
отношение основного времени t0 к штучно-
калькуляционному tunK,T. е.:
з'%
100
во
60
40
20
0
'45%
1
82%
2
61 %
3
57 %
4
N
Ло
L
Порядковый номер станка
Рис. 3.91. Пример гистограммы
загрузки протяжного оборудования
323
Порядковый номер станка
Рис. 3.92. Пример гистограммы
использования протяжного
оборудования по основному времени:
- вспомогательное время /„;
Ц — основное время /0
Гистограмма использования
оборудования по основному времени
характеризует рациональность построения
операции (рис. 3.92). Низкий коэффициент г\0
свидетельствует о значительном
вспомогательном времени. Обычно (для других
типов станков) этот коэффициент
высокий (0,85-0,9), но для протяжных
станков и прессов он как правило ниже,
почему необходимо дозагрузить станок
другими заготовками с аналогичными
обрабатываемыми поверхностями.
Процессы протягивания
внутренних поверхностей
Протяжки для обработки отверстий
изготавливают диаметром 1...500 мм (обычно от 20 до 110 мм) и длиной до
10 м (обычно до 1,5 м), как правило, из сталей: Р6М5, Р18, Р12, Р9, Р9К5,
Р9К10, Р9Ф5, Р10К5Ф5, Р14Ф14, Р18Ф2, Р18Ф2, Р18К5Ф2.
Приблизительный припуск под протягивание цилиндрического
отверстия можно определить по формуле
Zmin=0,005D + (0,1...0,2)VZ,
где D — диаметр обрабатываемого отверстия; L — длина обрабатываемого
отверстия; 0,1 — для отверстий предварительно обработанных разверткой;
0,2 — для отверстий предварительно обработанных зенкером.
Протягиванием можно обрабатывать отверстия (по черному) на первой
операции, исключая сразу несколько предварительных операций
(рассверливание, зенкерование, развертывание, расстачивание). Следует учитывать,
что при протягивании как и при сверлении, происходит разбивка отверстия,
но потом оно дает усадку. Величина уменьшения диаметра отверстия
(усадка) зависит от материала и толщины стенки заготовки. С увеличением
пластичности материала и уменьшением толщины стенки заготовки усадка
(уменьшение диаметра обработанного отверстия) возрастает.
Для чугуна усадка принята равной нулю, для стали — 0,005...0,015 мм,
для цветных металлов — 0,03.. .0,4 мм.
Автоматизация технологического процесса позволяет одновременно
работать несколькими инструментами, например, на многопозиционном станке.
При смене режущих инструментов учитывают, что какой-то из них является
лимитирующим, (подвержен большему износу) и подлежит более частой
замене. Стойкость лимитирующего инструмента повышают оптимизацией
режимов резания, заменой режущих элементов на более износостойкие,
улучшением условий резания, подвода СОЖ и др.
324
мин
300-
270-
240-
210-
180-
150-
120-
90-
60-
30-
w,
СТР18
N2
CTP18
Wi
P6M5
N2
P6M5
w,
P9
N2
P9
w,
ХВГ
N2
ХВГ
Рис. 3.93. Пример гистограммы
стойкости инструмента в
зависимости от материала его режущей части
На гистограмме стойкости
инструмента, представленной на рис. 3.93, по
горизонтальной оси указывают
материал, а по вертикали — период стойкости
по основному времени. Например, в
заготовке на вертикально-протяжном станке
последовательно обрабатывается
отверстие (круглой протяжкой N\), а затем
шпоночный паз (шпоночной протяжкой
N2). Желательно чтобы эти протяжки
были равностойкими для их
одновременной замены — переточки (в конце
смены или один раз в смену).
При изготовлении обоих
инструментов из ст. Р6М5 стойкость их
отличается незначительно, если же протяжка А
из ст. Р6М5, а Б из ст. ХВГ, то различие
весьма существенно.
На рис. 3.94 представлена схема
обработки заготовки на вертикальном
двухпозиционном протяжном станке. На
позиции / протягивается
цилиндрическое отверстие, после обработки которого заготовка перемещается по столу
станка на позицию 2, где выполняется обработка шпоночного паза. Две
протяжки работают одновременно и синхронно, т. е. основное время у них
одинаковое. Штучное время рассчитывают на полностью обработанную на
данной операции заготовку.
После загрузки заготовки производится подвод протяжки, рабочий ход,
разгрузка заготовки и обратный ход, затем цикл повторяется. Ускоренный
рабочий ход целесообразно использовать при работе черновой части
протяжки, замедленный при входе в работу чистовой ее части. Обратный ход
протяжки, как правило, всегда ускоренный.
Заготовка при протягивании отверстий обычно устанавливается на
торец и не закрепляется. Отверстие и торец являются базовыми
поверхностями. Плавающее самоустанавливающееся приспособление представляет
собой шаровую опору. Такая конструкция позволяет компенсировать в
какой-то степени неперпендикулярность базового торца относительно
обрабатываемого отверстия. Для обеспечения стабильности показателей
процесса протягивания, заготовки должны быть равножесткими т. е. с
небольшим перепадом толщины стенок (см. рис. 2.27). Толстостенными
можно считать заготовки, у которых отношение толщины стенки h к
радиусу отверстия г составляет более 0,5. При обработке тонкостенных
втулок (/г/г < 0,2) деформирующими протяжками возможно обеспечить
деформацию не только внутренней, но и наружной поверхности.
325
Позиция 2
Рис. 3.94. Схема обработки заготовки на двухпозиционном вертикально
протяжном станке:
/ — заготовка; 2 — протяжка для обработки цилиндричных отверстий;
3 — протяжка для обработки шпоночного паза
Протяжной инструмент можно классифицировать следующим образом:
• по виду обрабатываемой поверхности — для обработки замкнутых и
незамкнутых поверхностей;
• по числу проходов — однопроходные и комплектные
(многопроходные);
• по расположению зубьев — протяжки с прямыми (кольцевыми) и
винтовыми зубьями;
• по форме обрабатываемого отверстия — круглые, шпоночные, шлице-
вые, (с прямобочными и эвольвентными шлицами) и фасонные;
• по возможности регулирования размера — регулируемые и
нерегулируемые;
326
i-заг
:3й-
h I.
^ *.
Ш
Ш^22
i U
в*Екзлы?лы$,Р,-Пч-'*'кГК-1 h—- -~-
-******
К
h
L
h
-w
h
*-
Рис. 3.95. Схема обработки отверстия режущей протяжкой для обработки
отверстий на горизонтальном протяжном станке:
1{ — передняя замковая часть (хвостовик); /2 — шейка протяжки; /3 —
переходный направляющий конус; /4 — передняя направляющая часть; /5 —
режущая (рабочая) часть; /j — задняя направляющая часть; /7 — задняя
замковая часть
• по устройству — цельные и сборные;
• по материалу режущей части — из сталей, из твердых сплавов;
• с покрытием и без покрытия;
• по схеме резания — протяжки с профильной, генераторной, групповой
(прогрессивной) схемами и комбинированные;
• по способу формирования обрабатываемой поверхности — режущие,
выглаживающие, деформирующие, деформирующе-режущие,
режуще-выглаживающие, деформирующе-режуще-выглаживающие.
К протяжному инструменту относятся протяжки и прошивки.
Общая длина протяжки обычно определяется ходом ползуна станка,
однако она не должна превышать 45 диаметров отверстия. Прошивки
значительно короче.
Конструкция режущей внутренней протяжки представлена на рис. 3.95.
Задняя направляющая часть Ц не допускает перекоса протянутой детали
в момент выхода последних зубьев протяжки и тем самым устраняет
опасность повреждения обработанной поверхности и поломки калибрующих
зубьев.
Задняя замковая часть (выполняется аналогично передней) h крепит
протяжку с кареткой обратного хода станка. В протяжках, не работающих в
режиме автоматического или полуавтоматического цикла она отсутствует.
Диаметр калибрующих зубьев должен быть равен наибольшему
диаметру отверстия с учетом возникающих в процессе резания деформаций:
dK=d0 + Ta±A0,
где dK — диаметр калибрующих зубьев; dQ — номинальный диаметр
отверстия; Гд — допуск на изготовление детали; Д0 — деформация отверстия.
327
Знак «-» берут в случае «разбивки» отверстия, что
обычно происходит при обработке толстостенных
деталей, знак «+» — в случае «усадки» отверстия, что
бывает при обработке тонкостенных деталей.
Рабочая часть протяжки может состоять только из
черновых или чистовых зубьев (черновая и чистовая
протяжки), а также из черновой, переходной, чистовой
и калибрующей частей.
Калибрующий зуб предназначен для удаления с
заготовки металла, оставшегося после удаления
режущими зубьями слоя припуска, из-за упругой
деформации заготовки инструмента.
В процессе резания протяжка с силой Р в
буквальном смысле протягивается через неподвижную
заготовку, установленную свободно на столе стола станка, т. е.
на нее действуют напряжения растяжения. Длина про-
Рис. 3.96. Операция тяжки ограничена длиной хода станка и возможностями
прошивания отверс- термической обработки. На прошивках, длина которых
тий в зависимости от назначения и конструкции не должна
превышать 10-12 диаметров (обычно длина прошивок 150. ..300 мм),
действуют напряжения сжатия (рис. 3.96). Если отношение длины к диаметру (lid)
у прошивки составляет более 12-14, она может изогнуться. Как правило,
процесс прошивания применяют при lid < 7.
Процесс прошивания проще автоматизировать и использовать в
условиях ГПС. Различают режущие, деформирующие, выглаживающие и
комбинированные прошивки. Прошивки так же как и протяжки имеют переднюю
/пн и заднюю /зн направляющие части, рабочую часть /р и хвостовик /хв,
форма которого зависит от условий обработки (в некоторых случаях
'х.=0).
Режущие возможности прошивок значительно меньше, чем у протяжек
из-за их длины, поэтому их в основном используют как калибрующие,
исправляющие погрешности, возникающие после термической обработки, для
снятия заусенцев и в других случаях. Совершенствование протяжного
инструмента идет по пути уменьшения его длины, в частности путем перевода в
разряд прошивок, но это далеко не всегда удается. Следует учитывать, что
протяжки являются дорогим инструментом. Основные показатели, которые
необходимо учитывать, представлены на рис. 3.97. Протяжный инструмент
применяют в мелкосерийном, крупносерийном и массовом производстве,
так как во многих случаях протягивание является единственным возможным
методом обработки, (например, при получении эвольвентных,
остроугольных, винтовых шлицев в отверстиях небольшого диаметра).
Одним из важных условий обеспечения высоких качественных
показателей процесса протягивания является выбор и разработка рациональной
328
I
Проектирование
конструкции
протяжки
Качество
конструкции
Технические
показатели
Показатели
уровня
стандартизации
Показатели
уровня
технической
эстетики
Показатели
надежности
Показатели
сложности
Совместимость
черновой и
чистовой
обработки
Количество
переточек
и общая
стойкость
Себестоимость
и
трудоемкость
Ремонтопригодность и
восстанввлиев-
емость
Изготовление
протяжки
Качество
изготовления
Применяемые
материалы и
их
обрабатываемость
Технология
изготовления
Термическая
обработка
Режимы
обработки,
СОЖ
Оборудование
и инструмент
Методы
сборки
Заточка и
переточка
Контроль
Себестоимость
и
трудоемкость
Эксплуатация
протяжки
Качество
обрабатываемой
поверхности
Производительность
обработки
Стабильность
показателей
Дополнительная
специальная
оснастка и
наладка
Технология
эксплуатации
Надежность
Себестоимость
и трудоемкость
Восстановление
протяжки
Утилизация
Частичное
восстановление
работоспособности
Полное
восстановление
работоспособности
Качество
восствновления
Применяемые
материалы и
их
обрабатываемость
Технология
восстановления
Оборудование
и
инструмент
Заточка
и
переточка
Контроль
Себестоимость
и
трудоемкость
Рис. 3.97. Показатели, используемые при конструировании инструмента
и отработке его на технологичность
не технологичная
схема резания,
не имеющая практического
применения
в)
Рис. 3.98. Схемы резания при протягивании гладкого
цилиндрического отверстия:
a — профильная (объемная); б — прогрессивная; в — генераторная; П —
протяжка; И — изделие; Z, — припуск, снимаемый каждым зубом протяжки
(профильная схема); 2\ — припуск, снимаемый первым зубом секций (групп-
повая схема); Z2 — припуск, снимаемый вторым зубом секций
схемы протягивания. От схемы резания зависят себестоимость и
трудоемкость изготовления протяжного инструмента, его стойкость и стабильность
результатов.
Известны три основные схемы резания — профильная, генераторная и
прогрессивная (групповая) (рис. 3.98). При обработке круглого отверстия
генераторная схема резания не считается технологичной, так как она сложна в
изготовлении, ее качественные характеристики значительно ниже, чем у
групповой схемы, а себестоимость, трудоемкость, и длина больше, чем у
групповой и профильной схем. Профильная схема работает при малых
подъемах (подачах) на зуб & и поэтому требует большого количества зубьев.
Прогрессивная схема резания по сравнению с профильной позволяет
увеличить стойкость протяжек и качество обработки при снижении ее длины.
Таким образом, несмотря на теоретическое наличие трех схем резания,
фактически для обработки круглых (гладких) поверхностей, применяют две
схемы резания — профильную (при малых подъемах на зуб) и
прогрессивную (групповую).
При профильной схеме резания подача на зуб Sz = 0,01...0,08 мм/зуб,
при прогрессивной — Sz = 0,15...0,45 мм/зуб. Обычно Sz выбирают от 0,2 до
0,15 мм/зуб.
При любой схеме резания число зубьев, участвующих в работе, должно
быть не менее трех.
Для повышения стойкости инструмента и уменьшения его длины
применяют прогрессивные протяжки, зубья которых снимают металл не по всей
окружности отверстия, а отдельными участками.
330
Прогрессивные протяжки относятся к секционным протяжкам, имеющим
подъем не на каждый зуб, а на секцию. Чистовая и калибрующая части
прогрессивных протяжек такие же, как и у протяжек с подъемом на каждый зуб
(профильных). Они срезают припуск группами зубьев, режущими секциями.
Первый зуб двухзубой секции называют прорезным, второй — зачищающим.
Ширина выкружки, определяющая размер стружки рассчитывается так,
чтобы ширина стружки была не более определенной величины, обеспечивающей
хорошие условия для свертывания ее в виток. Диаметр зачищающего зуба на
0,03...0,04 мм меньше диаметра прорезного. Это делается для того чтобы
зачищающий зуб мог снимать разделенную на две части стружку. При равной
высоте зубьев зачищающий зуб может срезать замкнутое кольцо стружки. В
этом случае процесс резания резко ухудшится, так как свертывание такой
стружки затрудняется (стружка будет иметь П-образную форму).
Для придания отверстию цилиндрической формы чистовые и
калибрующие зубья имеют режущие кромки по окружности.
При протягивании цилиндрических или шлицевых отверстий в деталях
среднего размера и веса, один рабочий обрабатывает от 50 до 120 заготовок
за 1 ч, а при обработке прошивкой мелких деталей типа втулок — от 150 до
460 штук за 1 ч. На протяжных станках непрерывного действия с
автоматической загрузкой заготовок производительность достигает 600... 1000
заготовок в 1 ч.
Скорость протягивания ограничена возможностями станка и
необходимым качеством обработки. Обычно она составляет от 1 до 15 м/мин
(0,015...0,40 м/с). Как показывают экспериментальные исследования, такие
скорости не являются оптимальными, при соответствующем оборудовании
и конструкции инструмента их можно увеличить.
Одним из важных показателей процесса протягивания является сила
резания, на базе которой, в частности, протяжка рассчитывается на разрыв в
наиболее слабом ее сечении.
Силу резания, Н, определяют по формуле
где Fy — удельная сила резания, приходящаяся на единицу длины режущей
кромки зуба; ^в — суммарная длина режущих кромок одновременно
работающих зубьев.
Для цилиндрических отверстий ^e = ndZj; для шлицевых и
шпоночных ^в = вшиш2,, где вш — ширина шлица, пш — число шлицев.
Эффективная мощность резания, Вт, при протягивании равна
N3 = PZV.
Критерием износа зубьев протяжки является износ по задней грани /г3,
допустимая величина которого ограничивается 0,3...0,4 мм.
331
Протяжки, предназначенные для внутренней обработки перетачивают по
передней поверхности зубьев, наружные протяжки — по задней. Черновые
протяжки допускают износ в 3...5 раза больший, чем чистовые. При
переточке протяжек не следует снимать износ полностью. Допускается частично
оставлять износ на протяжках, предназначенных для обработки отверстий,
(т. е. перетачиваемых только по передней поверхности зуба).
Остаточный износ на отдельных участках лезвий не оказывает
существенного влияния ни на стойкость, ни на качество обработки. Главное, чтобы
были восстановлены режущие свойства всего лезвия и не нарушен заданный
первоначальный подъем на зуб, т. е. съем материала при заточке должен
быть одинаковым для всех зубьев. Переточка наружных протяжек
проводится как по передней, так и по задней поверхности.
Протягивание осуществляется с помощью многолезвийного
инструмента, количество зубьев в котором составляет от 30 до 250 и более. Из-за
разных условий резания износ зубьев неодинаковый ни по форме, ни по
величине. Стойкость протяжек между переточками измеряется длиной
протянутых поверхностей.
Наиболее сложно определить допустимый износ и величину
снимаемого слоя при переточке шлицевых протяжек, так как у них наибольшему
износу подвержены уголки зубьев.
Наружные и шпоночные протяжки чаще перетачивают по задней
поверхности, так как в этом случае зуб не ослабляется, а конструкция
инструмента позволяет компенсировать величину переточки.
Внутренние протяжки перетачивают по передней поверхности, так как
при этом уменьшение размеров зубьев минимальное (из-за малого заднего
угла). Припуск под переточку составляет 0,15...0,2 мм, а общая толщина
перетачиваемого слоя — 1,5 мм (рис. 3.99).
Обычная режущая протяжка состоит из черновой, чистовой и
калибрующей частей. Калибрующая часть служит главным образом для сохранения
заданного размера инструмента и является запасной частью чистовых зубьев.
Ресурс протяжек зависит от их
стойкости до переточки и от числа
переточек. Критерием износа является
качество обрабатываемых поверхностей
заготовок. У обычных режущих протяжек
калибрующая часть по мере переточек
переходит в чистовую часть.
Следует учитывать, что за счет
разных задних углов на чистовой и
калибрующей частях протяжек в результате
переточек (по передней поверхности
зубьев) происходит повышение
величины подачи на первый калибрующий и
первый чистовой зубья. Поэтому после
<з>^>;
а)
б)
Рис. 3.99. Схемы износа зубьев
внутренних протяжек:
a — зуб круглой протяжки; б — зуб
шлицевой протяжки; в — поперечное
сечение зуба протяжки; h{ — величина
снимаемого слоя при переточке; hy —
величина износа уголков режущих
кромок зуба
332
Рис. 3.100. Схема протяжки со спиральным (винтовым) зубом
нескольких переточек подъем на первый калибрующий зуб будет больше,
чем на последний чистовой. Каждая последующая переточка протяжки
влечет за собой снижение качества обрабатываемых поверхностей. Поэтому
задний угол у калибрующих зубьев не должен существенно отличаться от
заднего угла чистовых зубьев. Наличие выглаживающих элементов
обеспечивает большую стабильность процесса протягивания. Износостойкие
покрытия также способствуют повышению стабильности процесса
протягивания и стойкости инструмента.
Комплекс конструкторских и технологических мероприятий,
направленных на разработку новых и совершенствование существующих способов
обработки позволяет обеспечить повышение качества.
При обработке отверстий протяжками со спиральным зубом происходит
процесс вращения инструмента (рис. 3.100). Зубья протяжки располагаются
по винтовой линии. Часто спиральные и кольцевые зубья протяжек
совмещаются в одной протяжке. Для заточки спиральных протяжек необходимы
специальные станки, в которых во время вращения протяжки происходит ее
синхронное осевое перемещение.
Наклон зубьев к оси обрабатываемого отверстия значительно улучшает
условия резания и исключает колебания усилий резания (за счет входа и
выхода зубьев), повышаются стойкость инструмента и стабильность процесса
протягивания.
Если при обработке круглого отверстия нетехнологичной является
генераторная схема резания, то при шлицевом отверстии нетехнологична
профильная схема (рис. 3.101).
Первые зубья протяжки с профильной схемой резания не имеют
достаточной прочности, а качество обработки и стойкость инструмента
снижаются из-за нерациональных условий образования стружки и переточки.
' не технопогичная
схема резания,
не имеющая практического
применения
Рис. 3.101. Схемы резания при протягивании шлицевого отверстия
и шпоночного паза:
a — генераторная; б — прогрессивная; в — профильная
333
t~—
ф
HEII1:..
к ш
»« »-^
—*■
Рис. 3.102. Схема протяжки, работающая по схеме ф-к-ш
В отличие от круглых отверстий, прямобочные шлицевые протяжки
выполняют по генераторной схеме резания, для более широких шлиц
используют прогрессивные (групповые) схемы резания. В случаях, когда на
боковых сторонах шлицев оставляется припуск, применяют генераторно-про-
фильную схему резания (рис. 3.102).
Шлицевые протяжки целесообразно использовать для одновременной
обработки наружных, внутренних и боковых поверхностей шлицев и
образования фаски шлицевых пазов. При этом расположение шлицевых (ш),
круглых (к) и фасонных (ф) поверхностей возможно в различных
вариантах: к-ф-ш, ф-к-ш, ф-ш-к и др.
При центрировании по наружному диаметру предпочтительнее схема
ф-к-ш. В этом случае уменьшается припуск на шлицевые зубья, нет
необходимости выполнять стружкоразделительные канавки на круглых зубьях, так
как фасочные зубья выполнили эту работу вначале.
При центрировании по внутреннему диаметру чаще используют
схему ф-ш-к. При обработке исходной заготовки (по черному)
целесообразно размещать в начале круглые зубья, т. е. работать по схеме к-ф-ш.
Однако режущие зубья плохо работают по твердой корке, поэтому
целесообразно в этом случае применять деформирующе-режущую схему
обработки.
Выбор последовательности вступления в работу круглых, фасочных и
шлицевых зубьев не случаен. Необходимо учитывать, например, что
фасочные зубья оставляют заусенцы и их необходимо снимать круглыми зубьями,
т. е. целесообразно использовать схему ф-к. В случае когда есть опасность
поворота протяжки, т. е., когда режущая часть с круглыми зубьями больше
длины обработки и возможно непопадание фасочных и шлицевых зубьев, в
уже прорезанные пазы, используют схему ф-ш или чередование зубьев ш-к.
Чередование не секций, а зубьев исключает возможность поворота
протяжки и смещения фаски в шлицевом отверстии.
Протяжки с чередующимися круглыми и шлицевыми зубьями
обеспечивают снижение погрешности отклонения соосности внутренней и
наружной поверхностей шлицевого отверстия. При применении
прогрессивной схемы резания вторые зубья секции имеют режущие кромки по всей
ширине шлица и уменьшены на 0,04...0,06 мм относительно первых зубьев
секции. Поэтому вторые зубья секции срезают припуск, оставшийся на
уголках шлица, т. е. узкие стружки шириной от 0,5 до 2,0 мм. В этом слу-
334
N
\>1 I I I//J 111 I I I I IT
чае нагреву подвергаются узкие участки зуба, а теплота отводится всем
шлицевым зубом.
Срезание узких полосок металла образует мелкую, спиральную
стружку, которая легко отходит от боковых поверхностей обрабатываемых шлиц,
не создавая трения между боковой стенкой шлица и стружкой (что имеет
место при генераторной схеме резания). Это позволяет обеспечить более
высокое качество обработки боковых поверхностей шлицев в отверстии.
Контроль качества изготовленных шлицев затруднен. Измерение
микронеровностей шлицевых поверхностей провести очень сложно. Иглой про-
филометра-профилографа можно прово- Z,
дить измерение лишь в продольном
направлении шлицев в отверстии детали.
Поэтому для оценки параметров
шероховатости боковых сторон шлицев
применяют метод слепков. Воск, парафин,
различные смеси плотно застывают в
шлицевых пазах, а после затвердевания
их вынимают и измеряют на профилло-
метре-профиллографе или других
приборах. Результаты измерений обычно
получаются заниженными (в пределах
10 %) в зависимости от применяемого
материала слепков.
Процессы протягивания
наружных поверхностей
Наружные протяжки применяют для
обработки плоских поверхностей,
зубьев колес и других поверхностей. Они
могут быть выполнены цельными и
сборными. В сборных протяжках
крепление режущих элементов обычно
производят с помощью винтов и клиньев.
Режущая часть наружных протяжек
может быть выполнена по профильной,
генераторной и групповой схемам
(рис. 3.103). Групповая схема является
наиболее эффективной при наружном
протягивании, так как позволяет
уменьшить силы резания и длину комплекта
инструмента. Примеры применения
протяжек с различными схемами резания
приведены в табл. 3.11.
N
И .Z,
Рис. 3.103. Схемы резания при
протягивании наружных поверхностей:
а — профильная (обычная); б —
прогрессивная (групповая); в —
генераторная; И — изделие; Z0 — общий припуск;
Z; — припуск снимаемый каждым зубом
протяжки; 2Х,22 — припуск снимаемый
первым и вторым зубом секции
соответственно
335
Таблица 3.11
Обрабатываемая
поверхность
Тип протяжки
и сечение зубьев
Схема резания
Рекомендуемая
поверхность
переточки
Уступ
Ь
Плоская для уступа
Ш
МП
N
Профильная
и прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Конструкция с ленточкой
/вдоль передней грани
Передняя
режущая
грань зубьев
Конструкция с ленточкой
/вдоль задней грани
Плоскость
открытая
N
m
1
.
Плоская односторонняя
В
Профильная и
прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Г
I
>$^\\\\\\ч
1
3N
Пазовая трехсторонняя
цельная
Профильная
Передняя
режущая
грань зубьев
Пазовая односторонняя
шш
Генераторная и
прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Конструкция с ленточкой
/вдоль передней грани
336
Продолжение табл. 3.11
Обрабатываемая
поверхность
Тип протяжки
и сечение зубьев
Схема резания
Рекомендуемая
поверхность
переточки
N
Si
-^
IF
is
.wwww
\
8 = 6
щ
' Л
в
ч~
Генераторная и
прогрессивная
Передняя
режущая
грань зубьев
Конструкция с ленточкой
/вдоль задней грани
Угловая двухсторонняя
Профильная и
прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Односторонняя
Генераторная
Передняя
режущая
грань зубьев
Фасонная
поверхность
Фасонная
У/////////Л
Генераторная и
прогрессивная
Передняя
режущая
грань зубьев
<Я
^
Пазовая двухсторонняя
Я>45
^ Клин
Профильная и
прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Передняя
режущая
грань зубьев
Сборная на державке
В = 45
337
Окончание табл. 3.11
Обрабатываемая
поверхность
Тип протяжки
и сечение зубьев
Схема резания
Рекомендуемая
поверхность
переточки
Сборная регулируемая
Ж 45
Профильная и
прогрессивная
Задняя
режущая
грань зубьев
Передняя
режущая
грань зубьев
Цельная
Для цилиндрической
поверхности
Профильная и
прогрессивная
Задняя или
передняя
режущая
грань
Наружное протягивание осуществляется при различных сочетаниях
движений инструмента и заготовки:
1) при прямолинейном движении протяжки и неподвижной заготовке
(рис. 3.104, а, б);
2) при круговом движении протяжки и неподвижной заготовке (рис.
3.104, в, г);
3) при неподвижной протяжке и прямолинейном движении заготовки
(рис. 3.105, а, б);
4) при неподвижной протяжке и круговом движении заготовки (рис.
3.105, в, г);
5) при прямолинейном движении протяжки и вращающейся заготовки
(рис. 3.106, а);
6) при взаимном вращении протяжки и заготовки (рис. 3.106, б, в).
При обработке сложноконтурных поверхностей целесообразно
использовать сборные секционные протяжки (рис. 3.107). Их технологические
возможности значительно шире, а себестоимость изготовления и эксплуатации
ниже, чем у цельных.
Режущие элементы наружных протяжек выполняют аналогично
круглым, но задний угол у них может быть больше, так как в отличие от
внутренних протяжек их затачивают по задней поверхности зубьев. В
большинстве случаев наружные протяжки сменяют и регулируют непосредственно
на станке. Режущие секции обычно крепятся винтами. Для компенсации из-
338
Рис. 3.104. Схемы наружного протягивания при неподвижной
заготовке и прямолинейном движении протяжки (а, б) и круговом
движении протяжки (в, г):
/ — протяжка; 2 — заготовка
носа и наладки используют регулировочные клинья или листовые
прокладки. Протяжки оснащают режущими секциями, выполненными целиком из
быстрорежущей стали, или в виде вставных пластин.
Твердосплавные режущие элементы выполняют только в виде
вставных ножей (пластин). Использование неперетачиваемых круглых
твердосплавных режущих элементов показано на рис. 3.108.
Секция 1 может иметь специальные гнезда, в которые вставляются
режущие элементы 2, закрепляемые винтами 3. В большинстве случаев
режущие элементы выполняются в виде ножей, закрепляемых с помощью
клиньев и винтов (см. рис. 3.113).
Для работы твердосплавными протяжками используют специальные
протяжные станки, рабочая скорость которых превышает 120 м/мин. Обыч-
339
в; ~Г г)
Рис. 3.105. Схемы наружного протягивания при неподвижном
инструменте и прямолинейном движении заготовки (а, б) и круговом
движении заготовки (в, г):
1 — протяжка; 2 — заготовка
но протяжные станки имеют скорость
рабочего хода 1...35 м/мин,
большинство из них работают со скоростью в
пределах 12 м/мин. Длина хода каретки
станков для наружного протягивания не
превышает 2500 мм, а тяговое усилие
1300 кН.
В большинстве случаев
протяжные операции выполняются за один
установ заготовки, за один рабочий
ход и одним инструментом.
В отличии от внутреннего
протягивания, где заготовка обычно не
закреплена, при наружном протягивании она
закреплена в приспособлении и
скоординирована относительно протяжки.
Скорость протягивания V < 12 м/мин
выбирают в основном, исходя из
Рис. 3.106. Схемы наружного
протягивания при прямолинейном
движении протяжки и вращающейся
заготовки (а), взаимном вращении
протяжки и заготовки (б):
/ — протяжка; 2 — заготовка
340
Рис. 3.108. Наружная протяжка со
сменными режущими элементами:
а — схема протяжки; б — схема
крепления пластин; / — корпус; 2 —
крепежный элемент (винт); 3 — твердосплавный
режущий элемент
требований к качеству поверхностного слоя. С ростом скорости
увеличивается параметр шероховатости Ra, поэтому чем меньше скорость, тем меньше Ra.
В протяжных станках предусматрено снижение скорости в конце рабочего
хода. Переход на более высокие скорости (25 м/мин и более) позволяет
уменьшить величину микронеровностей поверхности. При этом следует
учитывать значительное повышение температуры резания (при скорости
более 60 м/мин температура резания достигает 800 °С). Учитывая, что в
большинстве случаев применяют скорости резания более низкие, режущую
часть протяжек изготавливают из быстрорежущих сталей.
Основным материалом режущих протяжек является сталь Р6М5,
обладающая близкими режущими и стоикостными параметрами со сталью Р18, но
меньшим содержанием вольфрама. Быстрорежущие стали Р6М5К5, Р9М4К8,
Р12ФЗ позволяют значительно повысить скорость резания, но их
применение ограничено сложностями, возникающими при их термообработке и
шлифовании.
При протягивании со скоростью до 30 м/мин используют стали
Р18Ф2К8М, Р18ФЗК8М, Р18Ф4К8М и подобные им, имеющие высокую
теплостойкость и хорошие режущие свойства.
Для обработки чугуна, труднообрабатываемых материалов
применяют твердые сплавы марок ВК6М, ВК8, ВК10М и др. (группы ВК). Это
вызвано тем, что температура до 600 °С практически не снижает их
прочность. Например, для сплавов группы ТК необходима высокая
жесткость технологической системы, кроме того с ростом температуры их
прочность постепенно снижается. Однако следует учитывать, что у
сплавов группы ВК возникает резкое снижение прочности после 600 °С, а у
ТК — после 800 °С.
Рис. 3.107. Примеры схем
секционных протяжек:
/ — протяжка; 2 — заготовка
341
Поэтому, следует выбирать те сплавы, которые имеют наиболее
высокие показатели по сопротивляемости разрушению режущей кромки.
Стойкость протяжек, оснащенных твердым сплавом, в 10 раз выше, чем
быстрорежущих, так как они имеют очень высокую твердость (71-75 HRC3) и
теплостойкость, а некоторые из них сохраняют режущие свойства при 1000 °С.
Это особенно важно учитывать при обработке заготовок из
труднообрабатываемых материалов и при переходе на высокие скорости резания.
При выборе технологического процесса обработки наружных
поверхностей твердосплавными протяжками необходимо определить снимаемый
припуск, выбрать марку твердого сплава, исходя из условий максимальной
стойкости инструмента для определенного диапазона скоростей резания.
Схема резания зависит от формы, размеров и технологических
особенностей обрабатываемой поверхности. Геометрические параметры зубьев
протяжки выбирают, исходя из их стойкости, скорость резания зависит от
физико-механических характеристик обрабатываемого материала. Подъем
на зуб должен обеспечивать стабильность качественных показателей
процесса, а число одновременно работающих зубьев — Zp = 3-10. Общее число
режущих зубьев Nz определяют как частное от деления общего
максимального припуска Zomax на подъем на зуб S7 плюс число калибрующих
зубьев п (не имеющих подъем на зуб), т. е.:
где п = 3-5.
Силу резания вычисляют по формуле
где ps — сила, приходящаяся на 1 мм режущего лезвия протяжки; ^5 —
общая длина режущих лезвий, одновременно участвующих в работе.
По силе резания определяют потребную мощность протяжного станка.
Его номинальная тяговая сила должна быть на 20...25 % больше расчетной
силы резания.
Нормирование технологических операций протягивания
Основное время при протягивании:
т _ р-х | р-х
° юоокр.х imvj
где Lpx — длина рабочего хода протяжки; Vp,x — скорость рабочего хода
протяжки; Кхх — скорость холостого (обратного) хода протяжки Кхх«(2.. .3)Крх.
342
Режущая часть внутренней протяжки состоит из черновой, получисто-
вой, чистовой, калибрующей частей. В качестве дополнения в ней может
быть выглаживающая часть. Калибрующие зубья и выглаживающие
элементы окончательно формируют поверхность заготовки.
Калибрующие зубья используются в качестве резерва, по мере
переточки протяжки размер предыдущих зубьев уменьшается, а калибрующие зубья
(имеющие одинаковый диаметр) постепенно переходят в разряд режущих,
тем самым увеличивая срок службы инструмента.
Длина протяжки не должна превышать допустимой длины хода каретки
протяжного станка LXK. Общую длину внутренней протяжки рассчитывают
по формуле
А,п=/1 +/2 +/3 + U + 13 +16 +/7 < Lx.K,
где /, — длина переднего хвостовика (см. рис. 3.104); /2 — длина шейки;
/з — длина переходного направляющего конуса; U — длина передней
направляющей; /5 — длина рабочей части; 4 — длина задней направляющей;
h — длина заднего хвостовика (форма заднего хвостовика может быть
адекватной переднему).
Длину рабочего хода LpxB горизонтально- и вертикально-протяжного
станка для внутреннего протягивания можно определить по формуле
^р.х.в = Ln.B + ^1 - ^2 "Л + Л4 + 4
где Ьл,в — длина внутренней протяжки; /z, — расстояние от переднего торца
рабочей каретки до торца переднего хвостовика протяжки в рабочем
патроне (по чертежу патрона); h2 — расстояние от переднего торца рабочей
каретки до передней плоскости опорной плиты станка (по паспорту станка);
/?з — толщина планшайбы (по паспорту станка); /г4 — расстояние от
неопорного торца заготовки до первого режущего зуба протяжки (/г4 = 25.. .55 мм); А —
расстояние от торца заднего хвостовика протяжки до торца заготовки (в
конце рабочего хода), необходимое для автоматизации процесса съема и
установки деталей в зону обработки {А » 10 мм) у вертикально-протяжного
станка (рис. 3.109, а, б).
Суммарная длина блока наружной протяжки равна
где Lp — длина режущей части; L^ — длина крепежной части.
Длина режущей части
LP=Nz^
где Nz — общее число зубьев; t — шаг между зубьями.
Длину крепежной части Ьщ, принимают, исходя из конструктивных
особенностей, связанных схемой установки секций или отдельных режущих
элементов.
343
2 1
иг
11P f| 1П111В 8IIИII8 IF
1
тпгттппгр u tf U U U И U
PS
31-
Рис. 3.109. Схема наладки горизонтально-
протяжного станка (а), и
вертикально-протяжного станка (б):
/ — протяжка; 2 — заготовка; 3 — планшайба
станка; 4 — опорная плита станка; 5 — рабочий
патрон; 6 — салазки; 7 — гидроцилиндр подвода
протяжки в рабочую зону и отвода протяжки в
исходное положение; 8 — вспомогательный
патрон
Длину рабочего хода вертикально-
протяжного станка для наружного
протягивания (рис. 3.110) можно определить
по формуле:
LP.x.h=Ai.h+/*i+Z<3+/*2.
где Ьпн — длина протяжки; кх —
расстояние от верхней плоскости
обрабатываемой заготовки до первого
режущего зуба протяжки (/?, = 55...75 мм);
L3 — длина обрабатываемой
поверхности заготовки; кг — расстояние от
торца протяжки в конце рабочего хода до
нижней плоскости корпуса
приспособления, обеспечивающее свободный
отвод стола станка {кг ~ 10 мм).
Для скоростных станков длину
рабочего хода определяют по формуле
V=Ai+A,+'p+'t.
где L„ — длина протяжки; /р — длина
разгона скоростного станка; /т — длина
торможения скоростного станка.
Если в результате расчета длина
рабочего хода LpX совпадает с верхним
предельным значением хода каретки,
указанным в паспортных данных
станка, следует измерить фактическую
длину хода на станке, так как обычно
предусмотрен резерв, который превышает
паспортные данные до 100 мм и более. Если и этого резерва недостаточно,
тогда необходимо выбрать вариант, позволяющий несколько сократить
длину режущей части инструмента. В том случае, когда расчетная длина
инструмента значительно больше предусмотренного паспортными данными
оборудования, необходимо рассмотреть варианты прогрессивных решений,
комбинируя методы обработки.
При протягивании возможно совмещение черновой, получистовой,
чистовой и калибрирующей обработки, благодаря чему достигается высокая
производительность. Экономичность процесса обусловливается
значительным сокращением производственной площади, уменьшением числа станков
и простотой наладки, высокой стойкостью инструмента.
Однако поиск путей совершенствования процессов протягивания
проводится в самых различных направлениях. Например, разработаны конст-
Рис. 3.110. Схема наладки
вертикально-протяжного станка для
наружного протягивания:
/ — протяжка; 2 — заготовка; 3 —
отводной стол; 4 — инструментальная
плита; 5 — рабочая каретка
345
рукции протяжек с алмазными вставками с подъемом на зуб 0,005 мм. У
таких протяжек температура в зоне резания не повышается до 600 °С, а
достигаемый параметр шероховатости Ra= 1...2 мкм. Это свидетельствует о
значительных потенциальных возможностях применения сверхтвердых
материалов при протягивании закаленных и труднообрабатываемых сталей.
3.2.6. Технологические процессы шлифования
поверхностей
Шлифование — это абразивная обработка со снятием материала.
Абразивная обработка — обработка резанием, осуществляемая
множеством абразивных зерен.
Обработка резанием — обработка, заключающаяся в образовании новых
поверхностей детали после отделения поверхностных слоев металла с
образованием стружки и осуществляемая режущим инструментом на
металлорежущих станках. Другими словами, обработку резанием, выполняемую
множеством (от десятков до сотен тысяч) абразивных зерен высокой твердости,
называют абразивной.
При шлифовании резание металлов обычно осуществляется
абразивными кругами. Каждое абразивное зерно срезает в сотни тысяч раз меньший
объем металла, чем любой резец. При этом расход энергии на снятие одного
и того же объема стружки при шлифовании в 10 раз больше, чем при
точении. Шлифование характеризуется высокой скоростью резания (снятие
стружки одним зерном осуществляется за 0,0001...0,0005 с), при этом часть
стружки отделяется от заготовки, часть остается в порах круга,
незначительная часть сгорает.
Главным движением при шлифовании является вращение круга.
Обработку заготовки несколькими кругами называют многокруговой. Различают
шлифование обдирочное, предварительное (черновое), окончательное
(чистовое), тонкое и выхаживание. Обычно предварительное и окончательное
шлифование совмещают в одной операции. Обдирочное шлифование
применяют для удаления с заготовок, полученных после литья или штамповки,
дефектного поверхностного слоя. Припуск на обработку может превышать
1,0 мм. При этом достигается 7-9 квалитет точности и параметр
шероховатости Ra = 1,2...0,2 мкм. Под тонкое шлифование предусматривается
припуск 0,1...0,05 мм. При этом достигается 4-6 квалитет точности и Ra =
= 0,1...0,025 мкм. Под выхаживание припуск предусматривается, при этом
лишь стабилизируются точностные характеристики процессов.
Тонкое шлифование и выхаживание в отдельную операцию не
выделяют. Их выполняют на заключительном этапе обработки, т. е. при одном ус-
танове заготовки на станке.
Согласно классификации металлорежущего оборудования
шлифовальные станки относятся к третьей группе, которая разделена на десять типов.
346
Нулевой тип — резервный, к первому относятся круглошлифовальные, ко
второму — внутришлифовальные, к третьему — обдирочношлифовальные, к
четвертому — специализированные шлифовальные, пятый — резервный,
шестой тип — заточные, седьмой — плоскошлифовальные, восьмой —
притирочные и полировальные, девятый — разные станки, работающие с абразивом.
Шлифовальные, как другие металлорежущие станки, разделены на
универсальные, специализированные специальные и станки с ЧПУ.
Обеспечение оптимальной жесткости и снижение влияния тепловых
деформаций являются актуальными задачами и для шлифовального
оборудования.
Важным условием обеспечения качества обработки на шлифовальных
станках является снижение тепловых деформаций (для станков всех классов
точности).
Для уменьшения неравномерности нагрева и влияния тепловыделения в
шлифовальных станках предусмотрено:
• уменьшение местного нагрева станков от привода вынесением из них
узлов (гидроприводов, резервуаров с маслом, встроенных электродвигателей);
• повышение КПД в системах охлаждения и смазки (система нагрева
эмульсии и смазочного масла);
• уменьшение температурных деформаций за счет подбора оптимальных
материалов (с близкими друг другу коэффициентами линейного расширения
и с малыми коэффициентами линейного расширения);
• уменьшение размеров участков деталей, тепловые деформации
которых влияют на точность обработки и выбор оптимального расширения опор;
• подбор оптимальных масел, зазоров, заблаговременный пуск станка
для разогрева.
Станки для абразивной обработки предназначены в основном для
чистовых и отделочных операций, хотя и на них ведутся черновые и
обдирочные работы. Широкое распространение получили круглошлифовальные,
внутришлифовальные, бесцентрово-шлифовальные и плоскошлифовальные
станки. Круглошлифовальные предназначены, в большинстве случаев, для
обработки цилиндрических поверхностей диаметром до 200 мм с
расстоянием между центрами до 750 мм и обработки сквозных и глухих отверстий
диаметром до 200 мм и длиной до 250 мм. На них можно обрабатывать
конические, торцевые и фасонные поверхности тел вращения.
Бесцентрово-шлифовальные станки используют в крупносерийном и
массовом производстве для обработки наружных и внутренних
цилиндрических поверхностей. Диаметр обрабатываемых заготовок колеблется от
десятых долей миллиметра до десятков миллиметров.
Плоскошлифовальные станки могут работать периферией или торцом
круга. Круги обычно небольшого диаметра (до 100 мм), хотя заготовки
обрабатываются достаточно крупные и длинные (до 1 м).
Плоскошлифовальные станки с двумя противоположно расположенными шлифовальными
кругами можно использовать, например, для одновременной обработки тор-
347
цов клапанов (головки и стержня) автомобильных двигателей. При этом их
параллельность обеспечивается в пределах 0,015 мм. При обработке торцов
металлокерамических зубчатых колес параллельность торцов составляет
0,02 мм, Ra = 0,63 мкм. Производительность станков зависит от качества
заготовок и способов их подачи в зону обработки. Они могут подаваться
подвижной лентой, комплексом с портальной структурой, транспортерами и
другими устройствами. Плоскошлифовальные станки изготавливают с
прямоугольными и круглыми столами. Шлифование на них осуществляется
обычно методом обработки на проход.
Внутришлифовальные станки применяют для обработки
цилиндрических, конических и профильных отверстий в заготовках больших размеров*.
Шлифовальные станки имеют широкие технологические возможности
и могут работать в полном автоматическом режиме, их легко встроить в ГПС.
Измерение точности обработки, позиционирование и контроль износа
шлифовальных кругов являются основными условиями автоматического
управления станком. Оно осуществляется логическим контролирующим
программирующим устройством или релейными щитами. Микрокомпьютер
управляет циклами правки шлифовальных кругов.
Одним из критериев при выборе оборудования является коэффициент
использования станков по мощности привода г)мп, который определяется
как отношение необходимой мощности на приводе станка N к мощно-
пр.ст
ста установленного электродвигателя N3C, т.е. r)v
N,
пр.ст
N,
Рис. 3.111. Пример гистограммы
использования станков по мощности
Необходимо стремиться к
получению высокого коэффициента
использования оборудования. При расчетах
режимов резания выбирают станки
определенной мощности, а результаты
анализа представляют в виде гистограмм
(рис. 3.111).
Принцип расчета условий
многостаночного обслуживания, коэффициентов
загрузки станка, использования станка
по основному времени, по мощности
привода и стойкости инструмента
практически одинаковы для любого
рассматриваемого ранее оборудования, кроме
того графики могут быть построены и с
Разнообразие моделей диктуется в основном условиями заказчика, поэтому
станкостроительные фирмы руководствуются модульным принципом компоновки
своего оборудования.
348
Рис. 3.112. Микрорезание
абразивным кругом:
/ — заготовка; 2 — шлифовальный
круг; 3 — абразивные зерна; 4 — связки
абразивных зерен круга
учетом последовательности операций. В
этом случае рядом с моделью станка
указывается номер операции.
При шлифовании режущие
элементы (зерна) находятся в более мягкой
среде — связке, которая обволакивает зерна
со всех сторон. Поэтому все зерна круга,
кроме тех, что находятся на периферии,
взаимосвязаны между собой. Условно на
рис. 3.112, а связка представлена как
упругий элемент, удерживающий с трех
сторон режущие зерна, находящиеся на
периферии круга.
При шлифовании зерна,
выступающие из связки, образуют наружную
режущую поверхность, которая
значительно отличается от фрезы или протяжки,
где каждая режущая кромка имеет
заданную геометрию и расположена на
определенном расстоянии от оси инструмента. У шлифовального круга
режущие элементы не имеют заданной геометрии, они хаотично выступают на
поверхности круга, поэтому только условно ее можно назвать наружной
режущей поверхностью. Например, в секторе А режущие зерна могут вообще
не касаться, а в секторе В частично касаться обрабатываемой поверхности, и
только в секторе С в наибольшей степени обеспечен процесс резания
(рис. 3.112, б). Хотя режущие зерна в поперечном сечении имеют обычно не
более 0,5 мм, а глубина их резания составляет лишь десятые доли
миллиметра, геометрия рабочих поверхностей абразивных зерен оказывает
влияние на процесс резания. Установлено, что большинство зерен имеют
отрицательные передние углы.
Процесс шлифования является наиболее сложным и по сравнению с
другими процессами резания менее изученным. Это относится прежде всего
к теории работы абразивного зерна и физической сущности процесса.
Различные абразивные зерна круга не снимают одинаковых стружек, их форма
и размеры зависят от окружных скоростей заготовки и круга.
При постоянной окружной скорости круга и увеличении окружной
скорости заготовки возрастает подача на зерно, соответственно форма
снимаемого слоя изменяется от запятообразной до сегментнообразной. Так как
расстояния между абразивными зернами различны (/з1 */з2 ^•••^'Зп)' то каж"
дое из них снимает стружку при различных подачах на зерно (рис. 3.113).
Толщины слоев, снимаемых отдельными абразивными зернами, также
различны. При этом окружная скорость круга всегда значительно больше
окружной скорости заготовки.
349
Рис.
3.113. Схема съема металла
одним абразивным зерном
Из-за беспорядочного
расположения абразивных зерен на рабочей
поверхности круга многие из них
встречаются с выступающими элементами
микропрофиля шлифуемой поверхности и
снимают не запятообразные, а сег-
ментообразные стружки. Максимальные
по толщине слои снимаемого металла
равны наибольшей фактической глубине
резания, осуществляемой одним
абразивным зерном.
Сложность определения толщины
слоя, снимаемого одним зерном,
заключается в том, что абразивные зерна
имеют самую произвольную геометрию и беспорядочно расположены на
рабочей поверхности круга. Шлифовальный круг снимает в минуту тысячи
стружек, причем каждая из них имеет отличающуюся от других
геометрическую форму и размеры. Толщина слоя, снимаемого разными абразивными
зернами, различна и во многом зависит от степени затупления каждого из
них (стойкость круга), силы резания, микронеровности шлифуемой
поверхности, мгновенной температуры в зоне работы зерна и других факторов.
Чем больше толщина снимаемого одним зерном слоя, тем глубже проникает
это зерно в шлифуемый материал, тем больше оно изнашивается. Влияние
толщины слоя, снимаемого одним абразивным зерном, на процесс
шлифования исключительно велико, причем при изменении толщины этого слоя
изменяются режим работы круга и условия шлифования.
Вследствие микронеровностей и волнистости поверхностей
контактирование режущих зерен с обрабатываемой поверхностью происходит на
отдельных участках. Взаимодействие поверхностей на них имеет молекуляр-
но-механическую природу.
Рабочий профиль шлифовального круга состоит из режущих кромок
абразивных зерен, находящихся на различном расстоянии от обрабатываемой
поверхности. Их разновысотность описывается законом нормального
распределения. При заданной толщине среза (глубине шлифования) часть
режущих кромок абразивных зерен, выходящих на рабочую поверхность круга
снимает стружки. Другая часть режущих кромок абразивных зерен,
расположенных ниже рабочей поверхности круга, входя в контакт с
обрабатываемой заготовкой, производит пластическое оттеснение или упругое
деформирование. Кроме того, при наличии химически активной среды отдельные
абразивные зерна снимают окисные пленки (адгезионное разрушение).
Часть же абразивных зерен вступит в работу после износа определенного
слоя шлифовального круга. Таким образом, при шлифовании, в зависимости
от местоположения режущих кромок абразивных зерен относительно
образующей круга, происходит четыре вида взаимодействия абразивных зерен с
350
обрабатываемой поверхностью: резание, пластическое оттеснение, упругое
деформирование и адгезионное разрушение. Причем каждое зерно в процессе
обработки сначала производит адгезионное разрушение или упругое
деформирование, затем пластическое оттеснение и, наконец, осуществляет резание.
Очевидно, что такая последовательность не является абсолютной для
всех зерен шлифовального круга. Отдельные из них под воздействием сил
резания будут вырваны из связки раньше, чем пройдут все названные этапы,
часть зерен подвергнется объемному или местному разрушению.
Процессу врезания абразивного зерна и началу стружкообразования
предшествует скольжение с большим трением по поверхности изделия с
нарастанием радиального усиления. Когда напряжение от возрастающих
усилий превысит предел прочности шлифуемого металла, зерно врезается в
него и начинается отделение стружки. Длина участка проскальзывания
зависит от физических свойств шлифуемого металла и остроты режущей кромки
зерна. Затупление зерен приводит к увеличению длины проскальзывания,
повышению радиального усилия и количества выделяемой теплоты. Работа
абразивных инструментов отличается сверхвысокими скоростями резания,
что в сочетании с отрицательными передними углами вызывает большое
трение и пластические деформации, а также интенсивное тепловыделение.
В отличие от резания лезвийным инструментом при шлифовании
основная часть выделяемой теплоты (до 85 %) уходит в обрабатываемую
деталь, что ухудшает качество получаемой поверхности.
Различают три вида температур, образующихся в процессе шлифования:
мгновенную, контактную и обрабатываемой заготовки.
Мгновенная температура в зоне резания одним абразивным зерном
колеблется от 1000 °С до температуры плавления. В связи с очень малым
временем действия (примерно 1/1 000 000 с) она не успевает изменить
исходную структуру обрабатываемой поверхности.
Контактная температура возникает в зоне контакта круга с изделием.
Она накапливается вследствие того, что скорость нагревания (105 град/с)
всегда выше скорости отвода теплоты (103 град/с) и может достигнуть
200... 1000 °С. Время действия контактной температуры определяется
скоростью вращения обрабатываемой заготовки и глубиной резания.
Контактная температура может вызывать ожоги и трещины.
Температура обрабатываемой заготовки достигает 350 °С и может
вызвать деформацию изделия.
Во всех случаях необходимо стремиться, чтобы доля теплоты,
удаляющаяся со стружкой, была максимальной.
С увеличением дуги контакта увеличивается число рабочих зерен,
растут силы и мощность резания, упругие отжатия в технологической системе и
соответственно контактная температура. Наибольшее влияние на длину
дуги контакта круга с заготовкой оказывает глубина резания. Важен и
температурный фактор, поскольку возможно образование ожогов на
обрабатываемой поверхности заготовки.
351
Шлифовочным ожогом (прижогом) называют слой или участок
поверхности, который из-за теплового воздействия абразива изменил
микроструктуру, микротвердость и остаточные напряжения относительно заданных и
снизил эксплуатационные характеристики изделия. Следует избегать этого
довольно распространенного дефекта.
Абразивная обработка оценивается совокупностью параметров:
подачей, скоростью, глубиной резания (не на один, отдельно взятый режущий
элемент — зерно, а на шлифовальный круг). Зернистость и твердость
шлифовального круга определяют качество обрабатываемых поверхностей
заготовок, вне зависимости от метода шлифования. Повышение продольной
подачи повышает съем металла в единицу времени. Увеличение глубины
резания сопровождается более глубоким проникновением режущих зерен круга
в обрабатываемый материал и возрастанием сил резания. Хотя при
шлифовании происходит частичное самозатачивание режущих элементов, круг
постепенно теряет свою работоспособность. Режущие зерна затупляются,
поры засоряются стружкой. Применение СОЖ позволяет удалять мельчайшие
твердые частицы (стружки) обрабатываемого материала, способствует
хорошему качеству обработки, повышает стойкость кругов. Шлифовальные
станки для очистки СОЖ оборудуют магнитными фильтрами.
Смазочно-охладжающие жидкости применяют практически при всех
способах обработки. Их смазочное действие основано на химически
активных составляющих, образующих тонкие химические соединения, которые
снижают трение в зоне контакта инструмента с обрабатываемой
поверхностью. Чем меньше трение, тем меньше нарост на режущей кромке
инструмента, что облегчает процесс резания. Смазочное действие СОЖ более
эффективно при небольших скоростях резания.
Охлаждающее действие зависит от условий теплоотдачи (теплоемкости,
теплопроводности, парообразования, теплоотвода и др.). Отвод теплоты
является неотъемлемой частью многих процессов шлифования. Применение
СОЖ позволяет повысить режимы резания, качество обработки
поверхностей и способствует удалению стружки из зоны обработки. Подвод СОЖ в
зону обработки через поры круга более эффективен, чем обычное наружное
охлаждение.
На точность шлифования влияют геометрическая точность станка,
форма и размеры заготовки, физико-механические свойства обрабатываемого
материала, смазывающие, охлаждающие и моющие свойства СОЖ, износ и
затупление круга в процессе обработки. Применение эффективных СОЖ
позволяет уменьшить температуру зоны резания, снизить нагрев заготовки.
В зависимости от состава СОЖ силы резания при постоянных условиях
обработки могут изменяться в несколько раз, а износ круга — в несколько
десятков раз.
Увеличение сил резания приводит к деформациям технологической
системы и снижению точности обработки. Температурные деформации
заготовки уменьшаются при использовании водных СОЖ, обладающих лучши-
352
ми охлаждающими свойствами. Неравномерный нагрев и расширение
заготовки в процессе обработки вызывают погрешность формы шлифованной
поверхности после ее охлаждения: плоская поверхность становится
вогнутой, на цилиндрической появляется волнистость. Эффективным способом
снижения тепловой напряженности процесса шлифования заготовок из
труднообрабатываемых металлов с низкой теплопроводностью является
подача СОЖ в зону резания под давлением до 10... 15 МПа.
Увеличение кинематической вязкости СОЖ, подаваемой в зону резания
поливом или контактным способом (высоковязкие масла подавать поливом
невозможно), приводит к существенному снижению микронеровности
шлифованной поверхности.
Большая часть энергии при шлифовании (до 90 %) затрачивается на
преодоление сил трения между поверхностями круга и резания.
Образование нароста на поверхности круга приводит к разрушению абразивных
зерен, к вырыванию их из связки. Сила адгезионных связей зависит от
физико-механических свойств обрабатываемого и абразивного материалов,
температуры, удельной нагрузки, скорости резания и СОЖ.
Введение в СОЖ противозадирных, противоизносных и
антифрикционных присадок позволяет избежать налипания обрабатываемого металла на
режущую поверхность круга, приваривания стружки к абразивным зернам и
засаливания кругов. Другие присадки, уменьшают коэффициент трения,
снижают степень засаливания абразивных кругов при плоском шлифовании
примерно в два раза. С уменьшением поверхностного натяжения СОЖ
степень засаливания шлифовальных кругов также снижается.
На скорость засаливания абразивного круга (особенно
мелкозернистого), удельную производительность процесса шлифования значительное
влияние оказывают смачивающие и моющие жидкости. Следует учитывать,
что СОЖ, обладающая плохими смачивающими свойствами, не попадает в
пространство между зернами, что ускоряет забивание пор продуктами
износа круга и сошлифованным материалом, уменьшает охлаждающее действие.
Для чернового шлифования при жестких режимах обработки
рекомендуется применять водные СОЖ с серо-, хлоро-, фосфоросодержащими
присадками, уменьшающими адгезионное взаимодействие и силы трения. Такие
СОЖ имеют лучшие охлаждающие свойства, чем масляные.
С увеличением площади контакта шлифовального круга с деталью
затрудняется доступ СОЖ в зону резания и возрастают требования к
смачивающим и проникающим свойствам жидкости. При бесцентровом
шлифовании эффективные СОЖ позволяют избежать неравномерности вращения
заготовки и появления ожогов. Если обработка производится без
применения СОЖ, процесс шлифования можно интенсифицировать обдувом зоны
резания охлажденным до +5...-60 °С воздухом, который подается под
давлением 0,4... 1 МПа.
Охлаждение детали до отрицательных температур можно производить
жидким воздухом, жидким азотом или другой жидкостью с низкой темпера-
12 Технология машиностроения 353
турой замерзания (глицерином, спиртом). Струйно-напорное охлаждение
применяют для обработки трудношлифуемых материалов.
Повышение давления струи СОЖ до 7... 15 МПа позволяет избежать
засаливания круга и сохранять его режущую способность в течение
длительного времени.
Абразивные и алмазные инструменты отличаются геометрической
формой, размерами, материалом, расположением и величиной абразивных
зерен, типом связки, степенью твердости, структурой. В отличие от других
абразивные и алмазные инструменты могут обрабатывать материалы любой
твердости, обеспечивать высокую точность и микрогеометрию
обрабатываемых поверхностей, самозатачиваться и затачивать любые другие
режущие инструменты, работать на высоких скоростях резания, снимать за один
проход тончайший слой металла.
К недостаткам абразивно-алмазных инструментов можно отнести:
отсутствие оптимальных углов резания, из-за разнообразия форм и размеров
зерен, случайного их расположения; неоднородность свойств материалов, из
которых состоят такие инструменты; несовершенство технологии
производства кругов, большой расход энергии, затрачиваемый на единицу снятого
металла.
Технологические возможности абразивно-алмазного инструмента
зависят от характеристики шлифовального круга, режимов резания, состояния
станка, своевременности и качества правки. Применяемые для абразивной
обработки цельные и составные абразивные инструменты в зависимости от
их формы можно разделить на четыре группы: шлифовальные круги,
головки, сегменты, бруски.
Абразивным материалом может быть любой природный или
искусственный материал, зерна которого обладают достаточной твердостью и
способностью резания при определенной скорости движения другого материала.
В металлообрабатывающей промышленности применяют кварц,
наждак, корунд, алмаз. Кварц представляет собой безводную кристаллическую
кремниевую кислоту (SiC^). Для изготовления абразивного инструмента его
почти не применяют из-за недостаточной твердости: у шлифовальных
кругов, изготовленных из него, быстро изменяются размеры. Твердость кварца
по шкале Мооса равна 7. Разновидность кварца — кремний, содержащий не
менее 97 % Si02, применяют для изготовления шлифовальной шкурки на
тканевой и бумажной основах (для обработки дерева и кожи).
Наждак содержит до 60 % окиси алюминия и имеет кристаллическое
строение. Твердость наждака по шкале Мооса 7-8.
Корунд представляет собой кристаллический глинозем и в зависимости
от содержания в нем примесей имеет различный цвет, свойства и названия.
Применяемый в промышленности корунд содержит до 98 % А120з. Его
твердость по шкале Мооса равна 9.
Корунд применяют в виде порошков и микропорошков для
шлифования, доводки и полирования.
354
Шкала Мооса — минералогическая шкала твердости, в которой в
качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастания
твердости: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 —
ортоклаз, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз. Каждый
последующий минерал этой шкалы является более твердым. Минерал 1-2 можно
процарапать ногтем, 3-6 — оконным стеклом, 7 (кварц) — напильником.
Если минерал имеет число твердости по Моосу больше 8, то им можно
царапать стекло, а более 9 — резать стекло. Шкалу составил в начале XIX в.
минералог Ф. Моос. Благодаря своей простоте ее используют и в настоящее
время.
Алмаз (С) представляет собой кристаллический углерод. Алмазы
содержат небольшие (0,2...4,0 %) примеси алюминия, железа, кальция,
кремния, титана и других элементов, которые придают им различный цвет.
Алмазы делятся на природные и синтетические (технические). Высокая
твердость алмаза объясняется особенностями его кристаллической решетки и
чрезвычайной плотностью структуры. Наиболее распространенные его
формы: куб, восьмигранник, двенадцатигранник и т. п.
Алмазы по твердости и прочности являются анизотропными телами,
т. е. их физико-механические свойства различны в разных направлениях их
осей. Содержание углерода в алмазе составляет 96...99,8 %.
Технические алмазы часто имеют трещины, пятна включения некоторых
минералов. Коэффициент трения алмазов: по стали — 0,05; по латуни — 0,1;
по алюминию — 0,45.
Так, в присутствии вольфрама, кобальта, графита алмазы
подвергаются меньшему окислению. При температуре около 800 °С алмазы размером
2.. .3 мм начинают окисляться. Частицы размерами в сотые и тысячные доли
миллиметра окисляются уже при температуре 500 °С, а при
продолжительном воздействии температуры около 900 °С полностью сгорают,
превращаясь в углекислоту. При большом перегреве и резком охлаждении алмазы
трескаются. Теплопроводность их больше, чем твердых сплавов, например,
больше, чем сплава Т15К6 в 5 раз и сплава ВК8 в 3 раза, а также больше,
чем карбида кремния в 10 раз и электрокорунда в 7 раз. Алмаз горит в
воздухе при температуре 850... 1000 °С, а при нагреве без доступа воздуха он
переходит в графит.
Износостойкорть алмаза в разных направлениях его осей вследствие
анизотропии различна, что учитывают соответствующей ориентацией
алмаза при изготовлении инструмента.
Алмазы обладают различной способностью смачивания, например,
сплавы с высоким содержанием СО смачиваются лучше и в силу этого в
таких сплавах прочно удерживаются.
Алмазы оценивают в каратах. Карат (К) = 200 мк (2 • 10^ кг).
Карат — дольная единица массы драгоценных камней и жемчугов.
Само слово произошло от названия стручкового рожкового дерева цератония,
которое в древней Греции называли кератейя. Ее зрелые семена имели при-
355
мерно одинаковую массу, поэтому и использовались как гирьки для
взвешивания. Алмаз является твердым минералом плотностью около 3,5 г/см3.
Крупнейший в мире алмаз «Куллинан» — 3106 каратов. Мировая добыча
алмазов составляет десятки миллионов карат, более двух третей
добываемых алмазов используются в промышленности.
Широкое применение алмазов в качестве абразивного материала при их
высокой стоимости подтолкнуло ученых к созданию искусственного
(синтетический) алмаза. Синтетический алмаз получают из графита и углесодер-
жащих веществ с середины 50-х годов XX в. Ежегодно производится
несколько миллионов карат синтетических алмазов для нужд производства.
Они имеют химический состав, твердость, структуру и плотность такие же,
как и природные, но содержат больше примесей.
К искусственным абразивным материалам относятся также кубический
нитрит бора, электрокорунд, карбид кремния (карборунд) и карбид бора.
Кубический нитрит бора (эльбор) — абразивный материал, твердость
которого близка к алмазу, а абразивная способность при шлифовании стали
и коэффициент трения выше, чем у алмазов, вследствие чего адгезия со
сталью значительно меньше или совсем не наблюдается (цвет от светло-
лилового до черного в зависимости от условий синтеза). Теплопроводность
кубического нитрида бора меньше, чем у алмаза, вследствие чего он
быстрее нагревается до высокой температуры. Теплостойкость кубического
нитрида бора в зависимости от зернистости достигает 1300...1500 °С (чем
крупнее зерно, тем выше теплостойкость).
Кубическим нитридом бора обрабатывают твердые стали и сплавы и
особенно с тех случаях, когда необходима высокая размерная точность,
например, в производстве подшипников.
Основной составляющей электрокорунда является кристаллическая
окись алюминия.
Карбид кремния (С + Si02) является продуктом химического
взаимодействия углерода с кремниевой кислотой (технический карбид кремния
состоит из химического соединения кремния с углеродом).
Карбид бора (В + С) является продуктом плавления и представляет
собой тугоплавкое соединение бора с углеродом.
Все эти материалы по твердости уступают только алмазу. В
промышленности используют 80...85 % электрокорунда, 15...20 % карбида кремния.
Их различие состоит в том, что электрокорунд имеет большую вязкость и
меньшую хрупкость и твердость. Чем выше вязкость абразивных
материалов, тем больше допускается удельный съем металла. Немаловажна и
меньшая стоимость электрокорунда.
Абразивными инструментами из электрокорунда обрабатывают
металлы, обладающие высоким сопротивлением разрыву.
Карбид бора применяют только в виде порошков для шлифования и
доводки деталей и инструмента из различных твердых материалов и сплавов
(применяется значительно реже).
356
Абразивную способность материала определяют обычно на приборе
Шмидта. Некоторое количество абразивных зерен одного и того же состава,
зажимают между двумя вращающимися в разных направлениях дисками, со-
шлифовывают с них (за определенное время) некоторое количество
материала, которое и принимается за критерий абразивной способности данного
материала.
При шлифовании стали и твердых сплавов эльбор и алмаз имеют
абразивную способность во много раз большую, чем карбид кремния и
электрокорунд. Разница в абразивной способности материалов объясняется не
только различной твердостью, но и различием строения, а следовательно,
способностью дробимости, из-за чего возникают различные формы, углы и
радиусы скругления зерен.
Абразивная способность электрокорунда и карбида кремния зависит от
содержания в них основной составляющей. Так, белый электрокорунд и
монокорунд, имеющие высокое содержание окиси алюминия и меньше
примесей, чем обычный электрокорунд, обладают более высокой абразивной
способностью. У зеленого карбида кремния она выше, чем у черного.
Режущая способность абразивных материалов и их способность
сопротивления, в значительной степени зависят от их хрупкости. Наиболее
хрупким является карбид кремния, затем идет электрокорунд и, наконец,
белый электрокорунд. Причем зерна карбида кремния получаются с
более острыми углами и гранями, чем зерна электрокорунда. Этим
объясняется использование карбида кремния при обработке хрупких и сильно
вязких материалов.
Режущая способность зависит также от строения и прочности
абразивных и обрабатываемых материалов. Чем тверже обрабатываемый материал,
тем мягче следует выбирать круг.
В характеристику абразивного инструмента, определяющую его рабочие
свойства, входят: тип и размеры, вид абразивного материала, зернистость,
твердость, структура, вид связки, прочность и уравновешенность круга.
Зернистость выбирается в зависимости от следующих факторов:
предполагаемого количества снимаемого материала, стойкости круга,
физических свойств обрабатываемой поверхности.
Крупнозернистые инструменты применяют: при предварительных
операциях с увеличенной глубиной резания, когда удаляются большие
припуски; при работе на станках большой мощности и жесткости, при обработке
материалов, которые вызывают заполнение пор круга и засаливающих его
поверхности, например при обработке латуни, меди, алюминия; при
значительной площади контакта круга с обрабатываемой заготовкой (например,
при использовании высоких кругов, при плоском шлифовании торцом круга
и при внутреннем шлифовании).
Средне- и мелкозернистые круги применяют: для получения величины
параметра шероховатости Ra = 0,39...0,08 мкм, при обработке закаленных
сталей и твердых сплавов, окончательном шлифовании, заточке и доводке
357
инструментов, при высоких требованиях к точности обрабатываемого
профиля детали.
Для соединения зерен в одно целое применяют связующие
(цементирующие) вещества, так называемые связки. От них зависят прочность
удержания зерен в круге и прочность самого круга.
Связки делят на органические и неорганические. К органическим
относятся: вулканитовая (В), бакелитовая (Б), грифталевая (ГФ), эпоксидная, по-
ливинилформалиновая. Вулканитовая связка состоит из каучука (резины) и
серы (до 30 %). Преимуществами абразивного инструмента на вулканитовой
связке являются высокая прочность и эластичность. Круги на вулканитовой
связке не боятся влаги, обладают высоким полирующим действием,
выдерживают высокие скорости (до 75 м/с).
Благодаря прочности и эластичности инструмент на такой связке может
иметь малую высоту (до 0,5 мм) и большой диаметр (до 150 мм).
Его недостатком является низкая теплостойкость. Круги быстро
засаливаются, из-за чего снижается производительность обработки. При
температуре выше 160...200 °С абразивные зерна вдавливаются в связку, резание
ухудшается и круг начинает полировать обрабатываемую деталь, кроме того
зерна теряют прочность при длительном воздействии масел, используемых в
качестве охлаждающей жидкости.
Абразивный инструмент на вулканитовой связке применяют для
отрезки, прорезки и шлифования пазов, обработки сферических поверхностей,
для чистовых операций при других видах фасонного, бесцентрового
(ведущие круги), отделочного шлифования и полировки.
Бакелитовая связка состоит из искусственной смолы, приготовленной из
карболовой кислоты и формалина. Инструмент на такой связке более
прочен, эластичен, теплостоек по сравнению с кругами на вулканитовой связке
(выдерживает температуру нагрева 250...300 °С ) лучше самозатачивается
чем круги на керамической связке. Круги на бакелитовой связке имеют
однородную твердость и меньше нагревают заготовку при шлифовании. Их
недостатки состоят в том, что они разрушаются от действия щелочной
охлаждающей жидкости (чтобы избежать этого, рекомендуется пропитка
круга парафином) и приобретают хрупкость при температуре 200 °С (введение
графита повышает их теплопроводность).
Абразивный инструмент на бакелитовой связке применяют для плоского
шлифования торцом круга, обдирочных работ, отрезки и прорезки пазов и
заточки инструментов, при хонинговании, резьбошлифовании и полировании.
К неорганическим связкам относятся: керамическая (К); магнезиевая (М);
силикатная (С).
Напомним, что температура по стоградусной шкале Цельсия названной по
имени шведского ученого Андерса Цельсия (1701-1744), предложившего в 1742 г.
данную шкалу, ставшую самой распространенной в мировой практике
100-градусной температурной шкалой.
358
Керамическая связка изготавливается из огнеупорной глины, полевого
шпата, кварца, талька, мела и жидкого стекла. Она широко распространена.
Преимуществами абразивного инструмента на керамической связке
являются высокая химическая стойкость, теплопроводность, прочность,
жесткость и водостойкость. Разнообразные шлифовальные работы выполняют
при скоростях до 50 м/с, больших подачах, глубинах резания. Керамическая
связка позволяет изготавливать абразивный инструмент любой степени
зернистости, всех твердостей и различных структур, любых диаметров и
толщин (за исключением очень тонких при больших диаметрах). Однако
хрупкость инструмента на керамической связке не позволяет использовать его
при работах, где возникают изгибающие силы и есть ударное воздействие.
Его применяют для всех видов шлифования, исключая обдирку, разрезку и
прорезку узких пазов.
Абразивные инструменты на других упомянутых связках используют
редко.
Под твердостью абразивного инструмента подразумевается способность
связки удерживать зерно в круге при воздействии на него внешних усилий.
Следует учитывать, что твердость абразивного инструмента не
соответствует твердости связки (твердость связки всегда на 1 -2 степени меньше).
Твердость зерен абразивных материалов в несколько десятков раз больше
твердости скрепляющей их связки. Из зерен разных абразивных материалов,
различающихся по твердости, можно изготовить инструменты одной и той
же твердости. Поэтому, изготовленные из одного и того же абразивного
материала, но на различных связках, эти инструменты имеют различные
свойства. Например, из зерен самого твердого материала можно изготовить
мягкий абразивный инструмент.
Как видим, твердость абразивного инструмента зависит от вида
абразивного материала, степени его зернистости, конфигурации, а также от
адгезии между зерном и связкой. Выбирая степень твердости абразивного
инструмента, учитывают физико-механические свойства шлифуемого материала,
площадь контакта инструмента и изделия, режим работы, мощность
электродвигателя и состояние станка, зернистость и свойства связки.
Твердые материалы быстрее истирают абразивные зерна, затупляют их.
Поэтому для обработки твердых материалов следует применять мягкие
абразивные инструменты и наоборот. Исключение составляет медь,
алюминий, свинец, нержавеющая и жаропрочные стали, которые шлифуются
мягкими кругами.
С увеличением площади контакта между кругом и изделием давление на
единицу площади уменьшается, следовательно, обновление затупившихся
зерен затрудняется (следует использовать более мягкий инструмент). Чем больше
окружная скорость круга при прочих равных условиях, тем более мягкий
инструмент следует применять. При интенсивных режимах работы — большие
скорость изделия и поперечная подача — применяют более твердые круги. На
предварительных операциях используют более твердые инструменты, чем для
359
чистовых. При шлифовании неровных, прерывистых поверхностей применяют
более твердые инструменты, чем при шлифовании ровных поверхностей.
Скорость абразивного круга ограничивается его прочностью. На каждом
абразивном инструменте указывается его характеристика.
Абразивный материал имеет следующие условные обозначения: Э —
электрокорунд нормальный; ЭК — электрокорунд белый; К4 — карбид
кремния черный; КЗ — карбид кремния зеленый. Твердость абразивного
материала характеризуется по минералогической шкале: Ml, M2, МЗ —
мягкий; СМ, СМ1, СМ2 — среднемягкий; С, С1, С2 — средний; СТ, СТ1,
СТ2, СТЗ — сред нетвердый; Т, Т1, Т2 — твердый; ВТ1, ВТ2 — весьма
твердый; ЧТ1, ЧТ2 — чрезвычайно твердый. Цифры, следующие за буквой,
характеризуют возрастание твердости.
Твердость абразивного зерна является важным свойством,
определяющим его способность к резанию металла. Оценку твердости проводят путем
вдавливания в абразивное зерно алмазной пирамиды с силой 2 Н. Измерив
отпечаток, оценивают микротвердость образца в мегапаскалях (МПа)\ Чем
тверже материал, тем выше его абразивная способность.
В табл. 3.12 приведены значения микротвердости некоторых
абразивных материалов.
Таблица 3.12
Абразивный материал
Эльбор
Карбид кремния
Монокорунд
Марка материала
ЛО
55С
45Л
Микротвердость 10 , МПа
73...100
28...36
21...26
Связки абразивных зерен, придавая кругам заданную форму, и размеры
должны обладать высокой механической прочностью и малой пористостью
(табл. 3.13).
Таблица 3.13
Механические свойства связки
Предел прочности на растяжение, МПа
Предел прочности на сжатие, МПа
Предел прочности на изгиб, МПа
Ударная вязкость, МДж/м2
Температура размягчения, °С
Связка
бакелитовая
30...35
150
60
0,5...0,6
100...120
керамическая
30...50
70...90
45...60
0,12...0,5
500...700
вулканитовая
46
70...85
80...100
1,0...1,5
80...100
Напомним, что единица давления и механического напряжения Паскаль (Па)
названа по имени французского ученого Блеза Паскаля (1623-1662). Впервые эта
единица измерения была введена французским декретом о единицах измерения в
1961 г. Применяют кратные ей единицы измерения: микропаскаль — МкПа, милли-
паскаль — мПа, гектопаскаль — гПа, килопаскаль — кПа, мегапаскаль — МПа и
гигапаскаль — ГПа.
360
На режущие способности абразивных зерен оказывает влияние их
термостойкость (табл. 3.14).
Таблица 3.14
Абразивный материал
Монокорунд
Карбид кремния
Эльбор
Электрокорунд нормальный
Алмаз
Термостойкость, °С
1700... 1800
1300...1400
1200...1500
1250...1300
700...850
Материалы, из которых изготавливаются зерна имеют разную абразивную
способность, т. е. возможность разрушать обрабатываемый материал (снимать
мелкую стружку), которая оценивается отношением массы снятого материала к
массе израсходованного шлифовального материала. Абразивная способность
природных и синтетических алмазов принята за единицу (табл. 3.15).
Таблица 3,15
Абразивный материал
Алмаз
Эльбор
Карбид кремния
Монокорунд
Электрокорунд нормальный
Электрокорунд хромистый
Электрокорунд белый
Марка
материала
А, АС
ЛО
55С
45А
15А
34А
24А
Абразивная способность
материалов зерен
1,0
0,8
0,55
0,22
0,2...0,22
0,21
0,18...0,2
Почти во всех случаях
шлифования износ кромок абразивного
инструмента значительно больше, чем другой
его рабочей части. При наружном,
внутреннем шлифовании
наибольшему изнашиванию подвергается
передняя (направленная в сторону подачи)
кромка круга.
Превышение степени износа круга
сверх допустимого вызывает
необходимость правки. При этом форма мягких
кругов видоизменяется быстрее, чем
твердых. Правка необходима также из-
за затупления и засаливания режущей
поверхности кругов (рис. 3.114).
Правка нужна для восстановления
режущей поверхности и необходимой
4-
Рис. 3.114. Схема обработки
заготовки шлифованием фасонными
кругами с приспособлением для правки
круга:
1 — шлифовальный круг; 2 —
обрабатываемая заготовка; 3 —
приспособления для правки шлифовальных
кругов; ► — направление движения
приспособления при правке кругов
361
геометрической формы абразивного инструмента. При автоматическом
шлифовании круг правится через определенное время (независимо от
степени его затупления). Коэффициент полезного использования абразивного
инструмента зависит от частоты правки и вида правящего инструмента. Чем
выше стойкость кругов, тем выше этот коэффициент.
Износ рабочей части круга при правке составляет 50...98 % от общего
износа в процессе обработки (т. е. коэффициент использования круга низок).
Поэтому многое зависит от метода правки и вида правящего инструмента.
При всех видах чистового шлифования (за исключением очень вязких
металлов и сплавов) и правки для восстановления режущей способности
круга достаточно снимать слой 0,05...0,8 мм, при автоматической правке
снимается примерно 0,02 мм. Максимально допустимая толщина снимаемого слоя
при правке не должна превышать 0,3 мм.
В отличие от других режущих инструментов шлифовальный круг
подвергается правке без снятия со станка. Время на правку круга составляет
5... 10 % от общего времени. Сократить это время можно за счет применения
на этой операции современных инструментов, автоматических устройств
подающих команды на правку и осуществляющих ее.
Правка шлифовальных кругов осуществляется: алмазами в оправах,
алмазными карандашами и пластинами, кругами (из карбида кремния),
роликами (алмазными, твердосплавными) или звездочками (чугунными,
стальными).
Алмазы в оправах — однолезвийные правящие инструменты,
состоящие из специальной державки, в которой закреплен алмаз с острой
вершиной. Иногда применяют державки с 3-4 алмазами, что сокращает
время правки.
Алмазные карандаши состоят из стальной оправки, в которую
впрессована вставка, содержащая алмазные зерна, сцементированные специальной
связкой. Алмазные пластинки используют для правки профильных кругов
при врезном шлифовании, в том числе по копиру, когда требуются
минимальные силы. Пластинки покрыты тонким слоем (от 0,5 до 2 мм) алмазной
крошки.
По мере срабатывания одного ряда алмазных зерен в работу
автоматически вступает следующий за ним ряд и так до конца срабатывания
пластинки. Инструмент для правки устанавливается на станке единожды и
используется до полного износа.
Рабочий слой роликов равномерно покрыт алмазным порошком, зерна
которого вступают в работу по мере износа инструмента. По сравнению с
инструментами, изготовленными из крупных кристаллов алмаза, размерная
износостойкость алмазных роликов во много раз выше, а их правящая
способность остается постоянной на протяжении всего времени работы.
При профилировании шлифовальных кругов обкаткой металлическими
роликами имеется возможность придать кругу различные точные и сложные
профили.
362
д)
N
5>
поп
ч
5--^ snpofl
1
IBk
^щР
N
Рис. 3.115. Схемы шлифования наружных поверхностей:
а — шлифование цилиндрических поверхностей в центрах; б — безцентровое
шлифование цилиндрических поверхностей; в — безцентровое врезное
шлифование цилиндрической поверхности; г — шлифование периферией круга
плоских поверхностей; Э — шлифование торцом круга плоских поверхностей;
/ — шлифовальный круг; 2 — заготовка; 3 — ведущий круг; 4 — упор (нож)
Шлифование применяют для обработки наружных и внутренних
поверхностей. Наружное, в свою очередь, разделяют на шлифование
цилиндрических и плоских поверхностей.
Обработка цилиндрических поверхностей может проводиться в центрах
(рис. 3.115, а), бесцентровым шлифованием, когда для обеспечения
продольного перемещения заготовки ось ведущего ролика устанавливается под
углом 1...5° к оси шлифовального круга (рис. 3.115, б). При шлифовании
плоских поверхностей обработку заготовок можно проводить периферией
круга (рис. 3.115, в) и торцом (рис. 3.115, г).
363
шт
ад
ff^wVA
НС
к
/„
Шлифование бывает с продольной
подачей, врезное, глубокое и
комбинированное. При обработке способом
продольной подачи заготовка на круглош-
§:■§£?) лифовальном станке при каждом обороте
Ч»_5ок
и
Рис. 3.116. Схема обработки
наружной цилиндрической
поверхности заготовки способом продольной
подачи на круглошлифовальном
станке:
Dr-
D,
- главное движение резания;
- движение окружной подачи;
- движение поперечной подачи;
- движение продольной подачи
перемещается на величину, примерно
равную половине ширины круга (рис. 3.116).
В конце хода или за один двойной ход
круг подается на величину поперечной
подачи. Этот способ шлифования
позволяет обрабатывать длинные заготовки (с
прямолинейной образующей)
значительно превышающие высоту
шлифовального круга.
Врезное шлифование (с поперечной
подачей) характеризуется увеличением
толщины среза одним абразивным
зерном, при этом не него увеличивается
нагрузка, вызывающая самозатачивание, повышается износ круга, возрастают
сила и мощность резания. Этот способ позволяет повысить
производительность обработки цилиндрических конических и фасонных поверхностей
вращения (рис. 3.117).
На круглошлифовальных станках осуществляется врезное и продольное
шлифование. Врезное шлифование более производительно, но при этом
нужны жесткие и мощные станки. Врезное шлифование применяют для
обработки заготовок, длина которых меньше высоты круга. Продольное
шлифование обеспечивает лучшее качество обрабатываемой поверхности и
является более универсальным.
При глубинном шлифовании абразивный круг с
заборной конической частью устанавливается на всю
заданную глубину шлифования (рис. 3.118).
Этот метод шлифования применяют для обработки
заготовок по целому, например, для прорезания
канавок. Увеличение глубины резания осуществляется за
счет замедления круговой скорости инструмента или
продольной подачи. При этом удлиняется дуга круга с
заготовкой, изменяется сечение срезаемой стружки
(длина увеличивается, толщина уменьшается),
увеличиваются число одновременно работающих зерен
(нагрузка и износ каждого зерна уменьшается),
контактная температура, суммарная сила и мощность резания,
упругие отжатая и опасность ожогов.
Глубинное шлифование целесообразно
применять при обработке незакаленных заготовок повы-
364
Рис. 3.117. Схема
обработки способом
врезания шлифовального
круга
<£-
fix
ft
v
$m
"-«&
Рис. 3.118. Схема
обработки способом
глубинного шлифования
шенной жесткости и с большим колебанием
припуска. Оно может производиться с поперечной или
продольной подачей. Глубинное шлифование с
поперечной подачей аналогично врезному шлифованию
периферией круга (круг врезается в заготовку с
увеличенной подачей). При шлифовании с продольной
подачей припуск снимается за один проход круга.
Повысить производительность процесса
шлифования можно с помощью скоростного и обдирочного
шлифования. Различают скоростное шлифование
(Ущ, = 35. ..60 м/с) и высокоскоростное (Ущ, > 60 м/с).
Скоростное шлифование производится:
• только за счет повышения скорости
шлифовального круга;
• с одновременным повышением частоты
вращения заготовки (круглошлифовальная операция) или
продольной скорости стола (плоскошлифовальная операция) и скорости
шлифовального круга;
• с одновременным увеличением продольной скорости стола,
поперечных подач круга, скоростей вращения заготовки и шлифовального круга.
При скоростном шлифовании возрастает количество выделяемой
теплоты (могут появиться ожоги), требуется повышенная динамическая
жесткость и мощность оборудования, тщательная балансировка кругов.
Обдирочное шлифование позволяет снимать припуск до 7,0 мм на
сторону. Его применяют при удалении с исходных заготовок дефектного
поверхностного слоя, оставшегося после сварки, литья, ковки или штамповки.
Для обдирочного шлифования требуются мощные и жесткие специальные
станки.
Условно разновидностью
обдирочного шлифования можно считать
глубинное шлифование.
Комбинированное (интегральное,
совмещенное) шлифование
предусматривает совмещение скоростного и
силового или скоростного и глубинного
шлифования. Вариант
комбинированного шлифования показан на рис. 3.119.
Одновременное подрезание торцов
обычно выполняется на круглошли-
фовальных станках кругами
диаметром до 1000 мм, оси которых
наклонены по отношению к оси заготовки
на 30°. При этом обеспечивается точ-
Рис. 3.119. Схема комбинированной
обработки на торцекруглошлифоваль-
ном станке:
У — шлифовальный круг; 2 — заготовка НОСТЬ ПО торцу И диаметру IT6-IT7 И
365
величина параметра шероховатости Ra « 0,02...0,08 мкм.
Комбинированные способы позволяют шлифовать заготовки с большим
припуском без токарной обработки. Станки для интегрального шлифования
работают при Ущ, = 60.. .80 м/с, поперечные подачи составляют до 10 мм/мин, а
глубина резания до 3...5 мм. Эти станки отличаются увеличенной
жесткостью и имеют мощный привод двигателя главного движения, интенсивный
подвод СОЖ, принудительную правку и очистку кругов.
При шлифовании с адаптивной системой управления режимами
резания величина силы резания задается заранее, подача инструмента
автоматически изменяется в зависимости от колебания припуска и
обрабатываемости материала.
Процесс шлифования проходит три этапа — врезания, установившегося
резания и выхаживания. На этапе врезания создается исходный натяг,
соответствующий заданному режиму обработки. Различают следующие виды
врезания:
• врезание с постоянной скоростью подачи на протяжении цикла;
• ускоренное врезание, когда подача при врезании больше в несколько
раз подачи на последующем цикле.
Время на врезание, как и на выхаживание прямо пропорционально
площади поверхности обработки и обратно пропорционально жесткости
системы и режущей способности круга.
Переключение на врезание может производиться по команде
измерительного устройства, когда до обрабатываемой поверхности остается
0,03...0,05 мм, либо по команде малоинерционных датчиков. В кругл ошли-
фовальных станках (особенно при врезном шлифовании) получил
распространение механизм быстрого подвода шлифовальной бабки.
Различают следующие циклы шлифования:
• черновая, чистовая подачи, выхаживание (время обработки и размеры
колеблются в зависимости от жесткости технологической системы);
• черновая подача, выхаживание (время обработки снижается, но велик
разброс размеров по величине параметров шероховатости);
• переменная номинальная подача, пропорциональная величине
остающейся части припуска (время обработки снижается, но процесс неустойчив
при колебаниях жесткости технологической системы и твердости круга);
• действительная подача, изменяющаяся в зависимости от припуска
(наименьшее время и наиболее устойчивый процесс).
Силы резания изменяются вместе с циклами шлифования. При врезании
происходит увеличение сил резания, при установившимся съеме металла
силы резания стабилизируются, а при выхаживании — уменьшаются, так
как зависят уже не от подачи и глубины резания, а от упругого натяга.
Основная часть сил резания расходуется на преодоление сил трения между
обрабатываемой поверхностью и абразивными зернами. Силы резания
оцениваются или на одно режущее зерно или на шлифовальный круг в целом.
Определить силу резания, приходящуюся на одно зерно весьма сложно,
366
Рис. 3.120. Силы резания при
шлифовании периферией круга
поэтому обычно определяется сумма
(равнодействующая) всех действующих
сил на поверхности круга (рис. 3.120).
Силовые деформации
технологической системы возникают под действием
сил резания, величины которых зависят
от случайного влияния многочисленных
факторов. При шлифовании силовые
деформации направлены в основном по
радиусу. На их величину существенное
влияние оказывает затупление
шлифовального круга. Эффективным способом устранения влияния силовых
деформаций на точность обработки является применение управляющих
измерительных устройств.
При врезном шлифовании наиболее простым способом стабилизации
величины радиальной силы является работа с постоянной силой нажатия
круга на обрабатываемую заготовку.
Силы резания шлифовальным кругом рассматриваются в виде
составляющих сил Рх, Ру, Р2 и равнодействующей (эквивалентной) силы
сопротивления резанию Рр. Осевая сила Рх совпадает с направлением продольной
подачи и действует в плоскости шлифования. Она учитывается при расчете
привода механизма продольной подачи и радиально-упорных подшипников
в шпинделе и бабках шлифовального станка. Тангенциальная сила Pz
направлена параллельно шлифуемой плоской поверхности и касательно к
окружности шлифовального круга, совпадает с направлением главного
движения создает момент, скручивающий заготовку в вертикальной плоскости.
Сила Рг определяет мощность электроприводов вращения круга
РУ~Л (. РЛЛ
N
кр
102-п
и заготовки
^3.3 =
102Л.
Радиальная сила Ру совпадает с направлением поперечной подачи и
вызывает упругие отжатия технологической системы, прогиб заготовки в
горизонтальной плоскости. Она оказывает значительное влияние на точность
обработки, поэтому ее учитывают при оценке жесткости технологической
системы (станок-приспособление, инструмент, деталь).
В зависимости от режимов шлифования соотношение составляющих
Ру
сил может иметь следующее значение — = 1,0-3,0, Рх =(0,1-0,2)PZ. В
некоторых случаях значение силы Рх можно не учитывать. С увеличением
сил резания снижаются качественные показатели процесса обработки и
увеличивается износ круга.
При продольном шлифовании силы резания раскладывают на три
составляющие: радиальную Ру, тангенциальную Рг и осевую Рх (рис. 3.121).
367
Рис. 3.121. Схемы сил резания при
продольном шлифовании
При врезном шлифовании сила Рх = 0. С
увеличением снимаемого припуска
значение составляющей радиальной силы
возрастает.
В процессе обработки пластичных
материалов режущая кромка зерна
абразивного круга пластично деформирует
стружку, а при обработке хрупких
материалов скалывает ее (рис. 3.122, а).
Упругие деформации обрабатываемого материала, приводят к постепенному
износу круга.
Работоспособность абразивного круга, как и износ, зависит от
динамических нагрузок, температуры в зоне резания, прочности зерна и связки.
При малых нагрузках происходит сглаживание вершины зерна, стирается
(притупляется) его кромка (рис. 3.122, б).
При более высоких нагрузках за счет поверхностного выкрашивания
зерен осуществляется самозатачивание круга (рис. 3.122, в, г).
С повышением нагрузки происходит разрушение зерен, образование
новых острых кромок и возрастание режущей способности круга (рис. 3.122, д).
Последующий рост нагрузки вызывает разрушение связки и зерно
вырывается из инструмента (рис. 3.122, е).
Таким образом, режущая способность круга Р зависит от условий
обработки и определяется отношением съема металла в единицу времени QM,
приходящегося на единицу нормальной силы Р„, возникающей при
шлифовании, т. е. Р = —.
В процессе обработки сила резания изменяется из-за неравномерной
глубины резания, непостоянства
размеров заготовок в партии, нестабильности
механических свойств их материала,
прогрессирующего затупления
инструмента и упругих отжатий элементов
технологической системы, т. е. на точность
обработки влияют не только абсолютная
величина упругих деформаций системы,
но и их колебания в процессе обработки.
Силы резания при шлифовании
значительно меньше, чем при токарной
обработке (2...4 Н), но мощность привода
из-за значительных скоростей резания
требуется большая. В то же время с
увеличением скорости резания снижаются
средняя величина срезаемого материала
Рис. 3.122. Схемы износа круга при
различных нагрузках на абразивное
зерно
368
и силы резания. При применении
абразивных кругов с ориентированными
режущими зернами, создающими более
определенную геометрию режущих кромок, силы
резания можно снизить (до 50 %).
Большое влияние на силы резания и
температуру оказывает метод
шлифования. Наибольшее выделение теплоты
происходит при торцевом шлифовании,
поэтому скорость вращения круга в этом
случае несколько снижается.
Процесс наружного шлифования
проще внутреннего: здесь проще отвести
теплоту (например, обеспечить обильную
подачу СОЖ в зону обработки). В то же
время при наружном шлифовании
площадь контакта инструмента с заготовкой
весьма значительная и отвод теплоты
будет неравномерным (рис. 3.123, а),
особенно если обработка всех шеек
ступенчатого вала ведется одновременно на
одновременно шлифуются шейки и торец вала на торцекруглошлифоваль-
ном станке (рис. 3.123, б).
Оригинальным можно считать метод упрочняющего шлифования.
Его целесообразно применять там, где использование традиционных
методов индукционной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) затруднено
или невозможно. Совмещение шлифования с упрочнением
обрабатываемой поверхности целесообразно в индивидуальном производстве при
обработке крупногабаритных заготовок. Шлифование валов осуществляется
в два прохода (черновой и чистовой). На второй проход оставляется
припуск 0,05...0,20 мм на диаметр. На первом проходе (благодаря
увеличению глубины резания и скорости шлифовального круга) плотность
теплового потока увеличивается, а резкое охлаждение заготовки потоком
СОЖ вызывает упрочнение поверхностного слоя. На втором проходе
производится незначительный съем металла на спокойных режимах с
выхаживанием, что обеспечивает заданные точность, величину параметра
шероховатости и твердость обрабатываемой поверхности. Тепловые
деформации крупногабаритных валов (отклонение формы и поверхностные
дефекты), возникающие в процессе деформирующего шлифования,
невелики. Для их устранения обычно достаточно оставлять припуск для
второго (финишного) прохода не более 0,2 мм. При продольной подаче
круга 52 м/мин со скоростью 60 м/с, упрочняющее шлифование наружной
поверхности вала (диаметром 100 мм), изготовленного из стали 45, по-
Рис. 3.123. Схемы шлифования
шеек вала (а) и шеек вала и торца (б)
на круглошлифовальных станках:
/ — шлифовальный круг; 2 — заготовка
круглошлифовальном станке или
369
зволяет, например, достигнуть твердости поверхностного слоя 45-51
HRC3 при исходной твердости 14-16 HRC3*.
При измерении твердости металла заготовка и алмазный наконечник в
виде конуса с углом при вершине 120° (реже стального шарика)
вдавливается в материал под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок:
Р0 — предварительной и Р — окончательной, т. е. Р = Р0 + Р]. Пресс
Роквелла имеет 3 шкалы (А, В и С). Шкалы А и С применяются для оценки
твердых металлов. При измерении по шкале А предварительная нагрузка
Ро = 98 Н, a Pi = 490 Н, т. е. Р = 588 Н. При измерении по шкале С
предварительная нагрузка Р0 = 98 Н, а Рх = 1372 Н, т. е. Р = 1470 Н. Для более мягких
металлов используют шкалу В. При измерении по ней предварительная
нагрузка Ро = 98 Н, а Р] = 882 Н, т.е. Р = 980 Н. Соответственно шкалы
твердости обозначаются HRA, HRC и HRB.
Алмазно-абразивную обработку можно выделить отдельно. К ней
относятся: шлифование периферией и торцом круга, суперфиниширование, хо-
нингование, шлифование и полирование конечными и бесконечными
лентами, магнитно-абразивная и другие обработки.
Абразивная лента для шлифования обычно изготавливается на тканевой
основе с клеевой пропиткой, что обеспечивает ее водостойкость. Лента
непрерывно протягивается, охватывая шейку вала. На обрабатываемой
поверхности обычно возникают сжимающие остаточные напряжения низкого
уровня, ожоги и трещины возникают редко. Метод шлифования абразивной
лентой не обеспечивает точности взаимного расположения обрабатываемых
поверхностей.
Шлифование и полирование конечными и бесконечными лентами из
синтетических сверхтвердых материалов применяются для обработки слож-
нопрофильных поверхностей и хрупких заготовок. Особенностями такой
обработки являются небольшие давление и силы резания, значительная
эластичность и упругость рабочего элемента, интенсивное рассеивание и отвод
теплоты, возможность управления величиной и характером распределения
контактных давлений и другими технологическими условиями.
Основной съем металла алмазно-абразивной лентой происходит в
начальный период работы, затем площадь контакта увеличивается, нагрузка на
зерна падает и интенсивность съема металла уменьшается. Значительное
влияние на качество поверхностного слоя оказывает сила прижима алмазно-
абразивной ленты к обрабатываемой поверхности. С увеличением прижима
создаются более благоприятные условия и достигается наибольшая
производительность процесса.
При анализе процесса шлифования следует учитывать:
Напомним, что число твердости по Роквеллу HRC3 является условной единицей,
применяемой в основном к черным металлам. Оценка твердости по методу Роквелла
названа по имени американского металлурга СП. Роквелла.
370
• производительность не зависит от скорости круга, а зависит от подачи;
увеличение скорости круга влияет на уменьшение микронеровностей
поверхности и его износ;
• наибольшая производительность достигается при работе со средними
скоростями, когда отношение скоростей круга и заготовки составляет 1 : 50,
1 : 60 (среднемягкими кругами);
• толщина стружки увеличивается с увеличением поперечной подачи и
износ круга возрастает;
• увеличиваются микронеровности поверхности;
• повышение производительности труда достигается за счет снижения
основного и вспомогательного времени, а также увеличения количества
станков, обслуживаемых одним рабочим;
• повышение производительности при шлифовании с продольной
подачей достигается за счет увеличения высоты круга;
• увеличение диаметра круга с 700...900 мм дает возможность ускорить
режим обработки и повысить съем металла на 25 %, уменьшение диаметра
круга с 600 до 450 мм снижает съем металла на 35 %; чем больше диаметр
круга, тем равномернее его износ, стабильнее режим обработки;
• применение врезного шлифования способствует повышению
производительности обработки;
• одновременное шлифование нескольких участков широким,
специально заправленным кругом либо несколькими кругами способствуют
увеличению производительности обработки;
• специальные станки с несколькими шлифовальными кругами
позволяют обеспечивать концентрацию операций, на станках с несколькими
шлифовальными бабками увеличение производительности достигается не
только за счет одновременной обработки нескольких поверхностей, но и за
счет сокращения установов заготовки и включений станка;
• шлифование на многокруговых станках требует высокого и
стабильного качества абразивного инструмента по геометрии, дисбалансу, твердости и
режущим свойствам.
Рассмотрим элементы режима резания при наружном круглом
шлифовании в центрах с продольной подачей.
Глубина резания t, мм, (поперечная подача) измеряется в направлении,
перпендикулярном к обрабатываемой поверхности и равна толщине слоя
металла, снятого за один продольный ход:
2 '
где D3 — диаметр заготовки; D — диаметр обработанной поверхности.
Подача S обычно задается в долях от высоты круга. Скорость вращения
шлифовального круга, м/с, определяется по формуле
v *ВЛ а0;525-10^Вкя,
к 60-1000
371
где DK — диаметр шлифовального круга, мм; п — частота вращения
шлифовального круга, мин-1.
При шлифовании заготовка вращается вокруг своей оси со скоростью,
м/мин,
_ nd3n3 d3n3
я~ 1000 ~3l8"'
где d3 — диаметр обрабатываемой заготовки, мм; и3 — частота вращения
заготовки, мин-1.
Скорость шлифования обычно не превышает 50 м/с. При больших
скоростях (60...80 м/с) увеличивается и скорость вращения заготовки.
Круги изготавливают на металлических или керамических связках,
армированные или с металлическими бандажами, т. е. усиленные и
предназначенные для обработки с высокими скоростями. Качество и
производительность в значительной степени зависят от износа и засаливания круга. В
результате износа на вершинах абразивных зерен образуются изношенные
площадки, снижающие интенсивность резания, причем более интенсивно
стираются углы режущих кромок (аналогично шлицевым, шпоночным
протяжкам, дисковым фрезам и др.).
Износ шлифовальных кругов оказывает существенное влияние на
качественные показатели процесса шлифования. При круглом врезном
шлифовании график размерного износа имеет вид, представленный на рис. 3.124.
Кривая износа может быть разбита на три зоны.
В зоне 1 наблюдается интенсивный износ, который возникает
непосредственно после правки круга. Это объясняется тем, что в этот период
происходит приработка круга за счет вырывания зерен и снятия спирального
следа, оставшегося на его поверхности после правки алмазом. При правке
кругов твердосплавными роликами износ в этой зоне больше, чем при правке
алмазом.
В зоне 2 происходит относительно
равномерный износ, наступающий после
стабилизации режущей поверхности
шлифовального круга. При наружном
врезном шлифовании стабилизация
режущей поверхности наступает примерно
после обработки 3-5 деталей.
В зоне 3 затупление и засаливание
приводит к почти полной потере кругом
режущих свойств. На этой стадии
шлифования размерный износ круга
практически прекращается.
Засаливание круга возникает из-за
того, что срезаемая каждым зерном стружка
накапливается в ограниченном со всех
.
1
* *
2
" *
3 t, мин
Рис. 3.124. Влияние времени
обработки t на износ шлифовального
круга и:
1 — зона приработки; 2 — зона
нормального износа; 3 — зона
катастрофического износа
372
сторон объеме пор в связке круга. Стружка нагревается до температуры
плавления (выше 1000 °С). Часть ее самоудаляется из объема пор (искры,
вылетающие из под круга), а часть остается в них, и когда стружка
заполняет их, круг полностью теряет свои первоначальные режущие свойства.
Обрабатываемая поверхность вступает в контакт уже не с режущими зернами,
а со стружкой. При этом выделяется большое количество теплоты,
появляются ожоги на обрабатываемой поверхности; затрата энергии, съем металла
уменьшаются (круг засален и требует правки).
Ожоги появляются при температуре около 300 °С, что приводит к
структурным изменениям поверхностного слоя и браку. Своевременная
правка возвращает кругу первоначальную режущую способность, поскольку
изношенные абразивные зерна и оставшаяся в порах стружка удаляются,
заданная форма круга восстанавливается.
При шлифовании отверстий, добиваясь точности размера и качества
поверхности, обеспечивают и точность формы детали. Однако процесс
внутреннего шлифования имеет ряд ограничений. В отличие от наружного (при
котором диаметр шлифовального круга в известной мере не зависит от
диаметра обрабатываемой поверхности детали) при внутреннем шлифовании
диаметр круга ограничен размером обрабатываемого отверстия.
Следовательно, скорость круга нельзя повышать за счет увеличения его диаметра.
При постоянном соотношении диаметров отверстия и шлифовального круга
величина поверхности контакта будет также пропорциональна этому
соотношению. С уменьшением поверхности контакта повышается давление, а
следовательно, и съем металла, но при этом снижается качество
обрабатываемой поверхности.
Повышение давления при малой величине поверхности контакта
требует применения кругов повышенной твердости. С возрастанием скорости
резания увеличиваются сопротивления передачи и снижается КПД станка.
Шпиндель круга по своим размерам и форме не всегда представляет
собой достаточно жесткую конструкцию, что влияет на точность обработки.
Учитывая низкую жесткость шпинделя, большое внимание необходимо
уделять исходной точности отверстия, подлежащего обработке, так как чем
ниже жесткость технологической системы, тем в большей степени исходные
погрешности копируются на окончательно обработанную поверхность. При
внутреннем шлифовании различают следующие виды движения:
• вращение круга, окружная скорость (скорость резания) которого
задается в м/с (аналогично наружному шлифованию);
• вращение заготовки, окружная скорость (круговая подача) которой
задается в м/мин;
• продольное и поперечное перемещение (подача) шлифовальной бабки.
При продольной подаче прежде всего устанавливают длину рабочего
хода стола в зависимости от длины обрабатываемой заготовки, чем
определяется число двойных ходов стола в одну минуту. Продольную подачу
принимают в долях высоты (ширины) круга и обычно не превышает 3/4 его вы-
373
соты на один оборот заготовки. Таким образом, окружная скорость
заготовки и число ее оборотов тесно связаны с продольным движением и в
совокупности определяют траекторию пути шлифовального круга и
обрабатываемой поверхности.
При обработке сквозных отверстий по методу продольных подач, чтобы
исключить непрямолинейность образующейся обрабатываемой
поверхности, необходимо предусмотреть перебег шлифовального круга, соблюдая
неравенство
-Н < /п < -Я,
3 2
где /„ — перебег; Н— ширина круга.
При больших величинах перебега из-за упругих отжатий шпинделя
шлифовального круга может получиться выпуклая образующая на
поверхности детали.
Поперечная подача (глубина резания) шлифовального круга или бабки с
заготовкой производится в конце каждого или двойного хода стола,
величина ее составляет сотые доли миллиметра и менее. Чаще всего шлифование
осуществляют методом продольных подач при автоматическом возвратно-
поступательном перемещении стола.
При врезном шлифовании отверстий происходит лишь поперечное
перемещение шлифовальной бабки или бабки с заготовкой. Врезное
шлифование применяют при обработке коротких и фасонных цилиндрических
отверстий или отверстий с торцевыми поверхностями и уступами. При этом
форма круга (главным образом его кромка) переносится на обрабатываемую
поверхность, поэтому следует выбирать более твердые круги. Для
равномерного их износа, если конфигурация заготовки и конструкция станка
позволяют, следует предусматривать осциллирующие (осевые) перемещения
при амплитуде 1,0... 1,5 мм.
Для повышения производительности процесса внутреннего
шлифования, получения отверстий точной геометрической формы, незначительных
микронеровностей поверхности и обеспечения заданных физико-
механических свойств необходимо правильно строить цикл шлифования.
Важнейшим условием этого является правильный выбор режима
поперечных подач.
Выбирая величину поперечной подачи, следует учитывать, что с ее
увеличением:
• растут количество выделяемой при шлифовании теплоты, высота
микронеровностей обрабатываемой поверхности, увеличивается глубина ожогов
и опасность появления трещин;
• увеличиваются радиальная составляющая силы резания, деформации
технологической системы и погрешность формы обрабатываемой поверхности;
• растут нагрузки на каждое абразивное зерно, что повышает износ
шлифовального круга.
374
При выборе величины поперечной подачи необходимо учитывать
качество шлифуемого металла, характеристику круга, обильность подачи СОЖ и
другие технологические факторы.
Различают номинальную (моторную) и действительную поперечную
подачи. Номинальная величина поперечной подачи — скорость
перемещения суппорта, рассчитанная по кинематической цепи. Действительная
поперечная подача — часть номинальной поперечной подачи, которая
затрачивается непосредственно на съем металла (скорость съема припуска).
При любом виде шлифования, технологическая система станка никогда
не бывает абсолютно жесткой, поэтому фактическое перемещение
шлифовального круга меньше расчетного на величину пути, потраченного на
выборку зазоров в кинематической цепи. Часть поперечной подачи погашается
износом шлифовального круга. Следовательно, путь, рассчитанный по
кинематической цепи станка, который проходит поперечный суппорт для
шлифования припуска, равен
SK=Zmin +>' + «>
где Zmin — припуск на сторону; у — величина упругих деформаций; а —
величина износа круга за время снятия припуска.
В течение цикла шлифования действительная скорость движения
шлифовального круга различна. С момента касания круга с обрабатываемой
поверхностью интенсивность съема постепенно нарастает за счет создания
натяга в технологической системе. Идет процесс врезания круга в заготовку до
получения необходимого натяга и радиальной составляющей силы резания
Ру. В дальнейшем процесс стабилизируется и протекает с постоянной
интенсивностью съема металла.
Реальный цикл шлифования длиннее, чем идеальный цикл. Высокая
производительность в данном случае зависит от сокращения времени
«врезания», правильного выбора кругов и величины поперечной подачи.
Продолжительность врезания зависит от жесткости технологической
системы: чем выше жесткость, тем меньше время врезания. Следовательно,
мероприятия, направленные на повышение жесткости системы «станок —
заготовка — шлифовальный круг», прямо связаны с повышением
производительности шлифования.
Для сокращения времени врезания в начальный момент шлифования
применяют увеличенную подачу (в 4-5 раз выше рабочей). При достижении
заданной интенсивности съема металла нагрузка на электродвигатель
шлифовального круга повышается, срабатывает реле максимального тока и
переключает ускоренную подачу на рабочую.
Поперечную подачу выбирают максимально возможную при заданных
условиях, однако она не обеспечивает высокой микро- и макрогеометрии
шлифуемой поверхности. Поэтому в цикле шлифования применяют
черновую подачу, при которой снимается 80...90 % припуска, и чистовую, при
которой снимается оставшаяся часть металла.
375
При высоких требованиях к качеству обрабатываемой поверхности
после чистовой подачи применяют «выхаживание», т. е. шлифование без
поперечной подачи. Если после окончания чистового шлифования прекратить
поперечную подачу и дать возможность кругу совершить еще несколько
возвратно-поступательных движений, то съем металла будет продолжаться
за счет отжима созданных ранее упругих деформаций. Интенсивность съема
будет затухать, и к концу цикла можно достичь весьма малой величины, что
обеспечит высокое качество шлифуемой поверхности. Эксплуатационные
свойства поверхностей, полученных шлифованием с выхаживанием,
значительно лучше, чем без него.
При выборе структуры цикла и продолжительности выхаживания
необходимо предварительно определять оптимальные сочетания
производительности процесса с требуемой точностью и другими эксплуатационными
характеристиками.
Наиболее совершенным является цикл с двойным выхаживанием. Он
состоит из следующих периодов: быстрый подвод стола, врезание, черновое
шлифование, первое выхаживание, получистовое шлифование, алмазная
правка круга, чистовое шлифование, второе выхаживание, быстрый отвод
стола.
Выхаживание в конце цикла повышает качество шлифуемой
поверхности и точность ее формы. В частности, примерно на 80...85 % уменьшается
овальность, конусность и неперпендикулярность образующей отверстия
торца детали.
Для обеспечения точности формы,
наименьших размеров
микронеровностей процесс выхаживания нужно
заканчивать тогда, когда в системе
«станок — заготовка — шлифовальный
круг» еще имеется незначительный
натяг, равный 15...20 % натяга,
созданного в системе в период врезания (рис.
3.125).
К внутришлифовальным станкам
относятся центровые, при работе на
которых заготовка крепится в патроне или
другом зажимном приспособлении, и
бесцентровые, у которых заготовка не
крепится жестко в зажимных
приспособлениях, а вращается по наружной
поверхности (методом обкатки между
тремя роликами).
При шлифовании отверстий в
значительных по размерам и весу деталях
используют планетарные станки, на
/
О
т1
Тг
Ъ
г
чист А
т4
ъ
.
ь
'
т
Рис. 3.125. Цикл внутреннего
шлифования с поперечной подачей:
Т — время продолжительности всего
цикла; Т\ — время врезания; Т2 — время
чернового шлифования; Г3 — время
сброса деформаций после чернового
шлифования; Г4 — время чистового
шлифования; Т5 — время выхаживания;
tr— интенсивность съема металла при
черновом шлифовании; f4„CT —
интенсивность съема металла при чистовом
шлифовании; ГВЬ1Х — интенсивность съема
металла в конце выхаживания
376
которых обрабатываемая деталь устанавливается неподвижно.
Шлифовальный шпиндель вращается вокруг своей оси и в тоже время имеет круговую
подачу в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, образуя
планетарное движение. Подача на глубину при этом также обеспечивается
шлифовальным шпинделем.
Внутришлифовальные станки разделяют на универсальные,
полуавтоматы, автоматы и специализированные (нормальной точности и
прецизионные). Станки изготавливают с горизонтальным и в некоторых случаях с
вертикальным расположением шпинделя шлифовальной бабки, а также с
двусторонним расположением шпинделей, отличающихся между собой
размерами шлифуемых отверстий, диапазонами скоростей главного
движения и изделия, мощностью и др.
Внутришлифовальные станки-полуавтоматы, в которых нет
загрузочных устройств, но они снабжены средствами активного контроля размера
отверстия в процессе обработки. Управляют механизмами путем подачи
команд на переключение с одной подачи на другую, на выхаживание и отвод
шлифовальной бабки при достижении заданного размера.
Внутришлифовальные станки-автоматы, оснащенные загрузочными
устройствами для подачи изделия в зону обработки, ее автоматического
закрепления, снятия измерений и управления правкой круга. Станки,
оснащенные средствами автоматического активного контроля, снабжены:
• устройствами для исполнения команд, выдаваемых приборами
активного контроля;
• блокировочными устройствами для выключения станков в случае,
если усилия резания превысят установленные величины;
• системами охлаждения с фильтрами тонкой очистки СОЖ и баками
большого размера (при больших объемах баков легче стабилизировать
температуру охлаждающей жидкости);
• механизмами обдувки базовых поверхностей от стружек и
отработанных зерен абразивов;
• блокирующими устройствами, предупреждающими самовольное
отключение измерительных приборов оператором. Принципиальные схемы
внутреннего шлифования представлены на рис. 3.126.
Для того чтобы получить съем припуска при внутреннем шлифовании,
необходимо осуществить: главное движение резания — вращение
шлифовального круга; круговую подачу — вращение заготовки; относительное
перемещение заготовки и круга вдоль образующей обрабатываемой
поверхности — продольную подачу; относительное перемещение заготовки и
круга перпендикулярно обрабатываемой поверхности — поперечную подачу
(рис. 3.127).
Главным движением резания при всех видах шлифования является
вращение круга. Схема шлифования заготовки на бесцентровых внутришлифо-
вальных станках такая же, как и внутреннего шлифования. Все основные
движения шлифовального круга и заготовки сохраняются.
377
P^^JV
Рис. 3.126. Схемы шлифования отверстий:
а — с продольной подачей; б — с поперечной подачей; в — планетарное;
г — бесцентровое; / — заготовка; 2 — шлифовальный круг; 3 — ведущий
ролик; 4 — опорный ролик; 5 — прижимной ролик
tfP
Принципиальное отличие внутришлифовальных станков заключается в
способе установки и закрепления заготовки. Усилие прижима создается
поворотом оси ведущего ролика в
вертикальной плоскости (на угол 30°). Заготовка и
шлифовальный круг вращаются в одном
направлении, как при бесцентровом
наружном шлифовании. Способ
бесцентрового зажима повышает точность
обработки благодаря отсутствию
дополнительного зажимного приспособления,
применяемого в станках патронного типа,
и упрощает процесс автоматизации.
При шлифовании большой партии
одинаковых деталей бесцентровые
внутришлифовальные станки весьма
эффективны, так как они работают с
полным автоматическим циклом и
позволяют вести многостаночное
обслуживание, а при необходимости их
можно встроить в автоматическую линию.
Рис. 3.127. Схема перемещений
круга при внутреннем шлифовании
заготовки:
D3 — диаметр отверстия до шлифования;
Da — диаметр отверстия после
шлифования; Lp — длина обрабатываемого
отверстия; Н — высота круга; £>кр —
диаметр круга; L\ — длина продольного
хода круга; d{ — диаметр оправки
378
Одним из направлений повышения производительности шлифования
является интенсификация и автоматизация процесса обработки, в том числе
рабочего цикла.
Целесообразным направлением автоматизации шлифовальной
обработки является встраивание в станки общего назначения нормализованных
механизмов и средств комплексной автоматизации.
Расчет основного времени
Методика расчета основного времени на шлифовальные операции
зависит главным образом от метода шлифования. При обработке наружных
поверхностей цилиндрических заготовок на круглошлифовальных станках с
продольной подачей основное время определяют по формуле
2(4Чр.лЧ.п+")(20+;Лоп)
L=-
с с
^поп^прод
где L3 — длина обрабатываемой заготовки; /врл — длина врезания (с левой
стороны шлифовального круга); /пп — длина перебега (с правой стороны
шлифовального круга); Н — высота шлифовального круга; Z0 — общий
припуск на шлифование; iB — число ходов выхаживания; Snon — поперечная
подача; 5проД — продольная подача.
При врезном шлифовании наружных цилиндрических поверхностей
заготовок, обрабатываемых на круглошлифовальных и торцекруглошлифо-
вальных станках, основное время рассчитывают по формуле
'о — "Z *" 2^~о вых'
^УСК ^ПОП;
где /уск — путь резания с ускоренной подачей (0,3Z,P); SycK — ускоренная
подача (2,55); Lp —путь резания; Snon, —поперечная подача (г — этап цикла).
При обработке цилиндрических заготовок на бесцентрово-шлифовальном
станке с продольной подачей (на проход) основное время на операцию равно
O.MSnp„
где Lv — длина обрабатываемой заготовки (длина резания); 0,95 —
коэффициент проскальзывания; Бщод — продольная подача.
При обработке наружных плоских поверхностей с продольной и
поперечной подачей (рис. 3.128) основное время на операцию шлифования
определяют по формуле
2(4 + /вр.л + Ln )[{в+у + ьп.п + h)z0+ iBsnont]
S S t
поп прод'
379
<Ш&тШ,
Ш
т-
жшшжщ
1.прод
в)
'fl.fl
иЬ
ш
где 5 — ширина заготовки; Ьвр,л —
длина поперечного врезания (с левой
стороны круга); Ьп.п — длина поперечного
перебега (с правой стороны круга); t —
глубина резания.
При обработке сквозных отверстий
на внутришлифовальном станке
основное время равно
L=-
■^уск
■1^
+ t.
° уск поп,
где LycK — длина пути на ускоренной
подаче; S^ — ускоренная подача; Lpx —
длина рабочего хода; Бпоп — попереч-
6)
Рис. 3.128. Схема плоского
шлифования периферией круга:
ная подача; tBblx — время выхаживания
О" — порядковый номер цикла
шлифования).
В случае, когда обрабатывается
а — шлифование заготовки в продольном глухое отверстие, круг не имеет выхода
направлении; б - шлифование заготовки с ~ ны заготовки И длина ра-
в поперечном сечении г г
бочего хода уменьшится на величину
перебега в сторону глухого отверстия.
При многоместной параллельно-последовательной плоской шлифовке
заготовок (колец), установленных на вращающемся столе в зоне обработки,
могут оказаться сразу несколько заготовок (рис. 3.129). В этом случае
основное время определяют по формуле
'0=^,
где t0 — основное время обработки каждой
заготовки; п3 — количество одновременно
обрабатываемых заготовок.
Основное время обработки заготовок на
одношпиндельном вертикальном станке с
круглым столом можно рассчитать по формуле
'о =
'вр+-
Z-Z»
■ + L
где ?вр — время врезания (0,05...0,06 мин);
Z — припуск на сторону; ZBbIX — припуск на
Рис. 3.129. Схема многоместной
параллельно-последовательного
плоского шлифования заготовок:
1 — заготовка; 2 — шлифовальный
крут
380
выхаживание; Su — минутная подача;
4ых — время выхаживания; п —
количество одновременно обрабатываемых
заготовок.
При обработке торцов заготовки на
внутрипшифовальном станке (рис. 3.130)
основное время равно
^р.чер + ^р.чис
вр 0 0 'вых'
k
}-
{
Dr
*прод
р.чер °р.чис
где 4
■^р.чер
вом
S,
Рис. 3.130. Схема обработки торцов
на внутришлифовальном станке:
1 — заготовка; 2 — шлифовальный круг
— время врезания (0,03.. .0,04 мин);
£р.чеР — путь и подача при черно-
резании соответственно; Ьр,чкс,
р.чис — путь и подача при чистовом резании соответственно; ?ВЬ1Х — время
выхаживания.
Для повышения производительности можно использовать способ
обработки заготовок между двумя вращающимися кругами. Заготовки
подаются последовательно на проход или во вращающемся приспособлении
в виде сепаратора, в гнезда которого они и устанавливаются.
Существует множество вариантов последовательной параллельной и
параллельно-последовательной обработки заготовок на шлифовальных станках.
При обработке заготовок с продольной подачей на двухстороннем тор-
цешлифовальном вертикальном станке (рис. 3.131) основное время на
операцию определяют по формуле
L
где DH — наружный диаметр заготовки; SM — минутная подача.
При обработке заготовок на двухстороннем торцешлифовальном станке
горизонтального типа с круговой
подачей заготовок (рис. 3.132) основное
время рассчитывают по формуле
►Фс
"'ffilfjMi'
А,
Рис. 3.131. Схема двустороннего
шлифования торцами кругов с
продольной подачей заготовок:
1 — заготовка; 2 — шлифовальный круг
(о=-
1
диска з
где
''диска
частота вращения диска-
питателя станка; п3 — количество
заготовок, расположенных в диске-
питателе.
На шлифовальных станках с ЧПУ
можно проводить одновременную
обработку наружных и внутренних по-
381
Рис. 3.132. Схема двустороннего Рис. 3.133. Схемы одновременной
шлифования торцами кругов с круто- обработки наружных (а) и внутрен-
вой подачей заготовок: них поверхностей (б) заготовки при
1 — заготовка; 2 — шлифовальный круг шлифовании
верхностей заготовок. В этом случае управление станком осуществляется
двумя сочленными системами, предназначенными для обработки наружных
и внутренних поверхностей (рис. 3.133).
Оценку основного технологического времени при одновременной
обработке нескольких поверхностей проводят по лимитирующему
технологическому переходу и с учетом схемы обработки. При расчете штучного
времени на операцию шлифования полученные величины необходимо увеличить
на 5 % на правку кругов.
3.2.7. Технологические процессы хонингования поверхностей
К процессам отделочной абразивной обработки можно отнести хонин-
гование, суперфиниширование, полирование, доводку (притирку).
Отделочные процессы отличаются от шлифования более низкими скоростями
резания, малыми удельными давлениями и служат для повышения качества
предварительно обработанных поверхностей.
Хонингование — процесс тонкой и точной обработки поверхностей с
помощью абразивных или алмазных брусков, закрепленных на внешней
или внутренней поверхности хонинговальной головки (хона). В
результате совмещения вращательного и возвратно-поступательного движений
головки и разжатия ее брусков (при обработке внутренних поверхностей)
или сжатия (при обработке наружных поверхностей) происходит обжатие
металла, и на обработанной поверхности остаются следы обработки
(штрихи, царапины).
Хонингование осуществляется мелкозернистыми брусками,
закрепляемыми в головке (хоне), которая одновременно с вращением осуществляет
возвратно-поступательное перемещение вдоль обрабатываемого отверстия
(рис. 3.134). Хонингованием можно исправить отклонение формы,
овальность, конусность и другие погрешности предыдущей обработки, если об-
382
Рис. 3.134. Схема хонингова-
ния отверстия:
1 — хонинговальная головка; 2 —
заготовка; 3 — стол хонинговаль-
ного станка
щий припуск не превышает 0,2 мм.
Отклонение расположения оси отверстия обычно не
исправляется.
Хонингование повышает точность
обрабатываемого отверстия и качество
поверхностного слоя заготовок из стали, чугуна и
цветных металлов. Его обычно используют для
обработки отверстий (диаметром 6... 1500 мм
и длиной 10...20 м). При хонинговании
необходимо сохранять положение оси
обрабатываемого отверстия, полученного на
предшествующей операции.
Чтобы устранить движение режущих
зерен хонинговальных брусков по пройденной
ранее траектории (попадания абразивных
зерен в прежние риски), брускам задается
«перекрытие» (сдвиг в окружном направлении
бруска в конце двойного хода относительно его
положения в начале хода).
В процессе хонингования бруски могут
снимать припуск до 1,0 мм и более на диаметр.
При этом удаляются гребешки микронеровностей и основной металл.
Обычно припуск колеблется в пределах 0,15 мм.
Процесс хонингования сопровождается обильной подачей СОЖ в зону
резания, обеспечивает удаление продуктов износа из-под брусков и с
обрабатываемой поверхности, улучшает условия микрорезания металла
абразивными зернами.
Площадь контакта хонинговальных брусков с обрабатываемой
поверхностью и количество одновременно работающих зерен зависят от
количества, размеров и зернистости брусков и, в определенной степени, от удельного
давления (или радиальной подачи). При хонинговании в резании участвуют
в 100-2000 раз больше контактных зерен, но скорость резания в 50-120 раз
и давление инструмента на обрабатываемую поверхность в 6-10 раз меньше,
чем при шлифовании. Окружная скорость резания при хонинговании
составляет обычно 20...80 м/мин, возвратно-поступательная — 2,0...30 м/мин,
давление брусков 0,2... 1,4 МПа.
При хонинговании режущий инструмент работает без правки в режиме
полного самозатачивания. Характер затупления и самозатачивания протекает
иначе, чем при шлифовании, где по мере затупления круга увеличивается
удельное давление резания, вызывающее выкрашивание затупившихся
абразивных зерен. По мере затупления брусков удельные давления уменьшаются,
и для восстановления режущих свойств необходимо, чтобы бруски
возобновили работу по шероховатой поверхности, которая выполняет роль правящего
инструмента. Рабочий цикл протекает автоматически (самонастраиванием). В
383
Рис. 3.135. Схема резания при хо-
нинговании
начале, работая по шероховатой
поверхности, инструмент самозатачивается; под
влиянием больших удельных давлений
резания съем быстро нарастает до
максимума, затем, по мере срезания
гребешков, шероховатостей и увеличения
опорной поверхности, уменьшается удельное
давление и бруски затупляются, что
соответствует затуханию съема металла. На
этом этапе выхаживания заканчивается
процесс хонингования.
Исправление геометрических
погрешностей формы достигается
механизмом клинового разжима режущих брусков, обеспечивающих замыкание
кинематической цепи в системе радиальной подачи брусков (рис. 3.135).
При хонинговании и притирке (доводке) радиальная сила резания
изменяется в зависимости от формы микро- и макронеровностей
обрабатываемой поверхности. В связи с тем, что радиальная подача абразивного
бруска осуществляется с относительно жестким поджимом, то на выступах
обрабатываемой поверхности сила резания возрастает и соответственно
увеличивается съем металла.
Хонинговальную головку рекомендуется применять с четным числом
диаметрально расположенных брусков: 2, 4, 6, 8 и т. д. Нечетное число брусков
целесообразно лишь при обработке прерывистых поверхностей, например,
отверстий со шпоночной канавкой. Число брусков в головке выбирают
максимально возможное, что повышает эффективность рабочего процесса.
При хонинговании для исправления исходной погрешности формы
обрабатываемого отверстия необходимо, чтобы общий припуск на обработку
Z0 был достаточен. Его можно оценить по формуле
20=(1 + /)Аисх,
где/— коэффициент жесткости заготовки (для жестких заготовок/ = 1, для
нежестких/= 1,25-1,35); Дисх — исходная погрешность формы
обрабатываемого отверстия.
Процесс хонингования характеризуется:
• высокой производительностью обработки (в некоторых случаях
превосходит производительность шлифования или тонкого растачивания);
• точностью обработки, мало зависящей от точности станка, так как
радиальные составляющие силы резания взаимно уравновешиваются;
• низкой температурой в зоне резания (благодаря чему на деталях с
переменными сечениями стенок отсутствует их деформация от нагрева);
• относительной простотой регулирования работы хонинговальной
головки;
384
• возможностью достигнуть 4-5 квалитетов точности и значения
параметра шероховатости Ra = 0,8.. .0,1 мкм.
В процессе хонингования множество абразивных зерен, беспорядочно
расположенных на рабочей поверхности брусков, обеспечивают срезание
большого числа тончайших стружек в единицу времени. Процесс
микрорезания происходит в результате внедрения вершины абразивного зерна в
поверхностный слой металла. Абразивные зерна представляют собой
многогранники (углы их в большинстве случаев являются тупыми) с округлыми
вершинами. Округлость придает им необходимую механическую прочность
при микрорезании, обеспечивает значительные пластические деформации при
снятии весьма тонких стружек при малых скоростях резания. Глубина
внедрения абразивного зерна в поверхностный слой металла находится в
пределах радиуса округления вершины зерна. Пластическая деформация металла
происходит впереди царапающего зерна, по сторонам от него, а также ниже
линии среза. Увеличение толщины снимаемого слоя вызывает увеличение
объема металла, захватываемого пластической деформацией по всем
направлениям.
Образующаяся при хонинговании стружка во многом сходна с
получаемой при срезании тонких слоев металла металлическим режущим
инструментом с большим отрицательным передним углом на низких скоростях
резания. Для большинства обрабатываемых материалов характерно
образование стружки в виде удлиненных чешуек, размеры которых зависят от
режимов хонингования, зернистости брусков и механических свойств
обрабатываемого материала.
Основным режущим рабочим инструментом при хонинговании является
брусок, укрепленный в хонинговальной головке. Брусок — пористое тело
прямоугольной формы, состоящее из зерен абразивного материала и связки,
характеризуется материалом абразива, размером зерна, твердостью, связкой
и линейными размерами.
Выбор характеристики брусков зависит от механических свойств
обрабатываемого материала, величины снимаемого припуска и требуемого
качества обрабатываемой поверхности. В качестве абразивного материала для
изготовления брусков часто используют электрокорунд белый или карбид
кремния зеленого. В отдельных случаях абразивные бруски изготавливают
из электрокорунда нормального или карбида кремния черного. Обычно
применяют хонинговальные бруски зернистостью от 12 и менее. Однако для
съема больших припусков используют бруски зернистостью 20-25 и более.
Применение алмазных брусков значительно повышает
производительность процесса и точность, а также стойкость брусков.
Алмазные бруски характеризуются зернистостью, концентрацией
алмазов и видом связки (100 %-ной концентрацией принимается содержание в
1 мм3 алмазного слоя 0,878 мг алмаза.)
Хонинговальные станки должны обеспечивать вращательное, возвратно-
поступательное движения шпинделя и радиальную подачу (разжим) брусков.
13 Технология машиностроения 385
Существуют разные схемы разжима
брусков, наиболее применяемые —
механическая, гидравлическая и пневматическая.
Радиальная подача брусков при хо-
нинговании может осуществляться
одним (рис. 3.136, а), двумя конусами,
направленными в одну (рис. 3.136, б) или в
противоположные стороны (рис. 3.136, в).
Хонинговальные головки с одним
конусом легко самоустанавливаются по
поверхности обрабатываемого отверстия, а
с двумя конусами не могут
самоустанавливаться. Для обработки ступенчатых
отверстий раздвижные колодки с
брусками размещаются в два ряда, каждый
для своего диаметра.
Рис. 3.136. Схемы раздвигания
колодок с брусками в хонинговальной
головке:
а — одним конусом; б — двумя
конусами, направленными в одну сторону;
в — двумя конусами, направленными в
разные стороны
При хонинговании шлицевых отверстий ширину бруска рекомендуется
брать такой, чтобы он перекрывал два поля и паз между ними.
Процесс хонингования осуществляется на специальном оборудовании.
Хонинговальные станки предназначены для обработки цилиндрических и
конических поверхностей отверстий. Они различаются по расположению и
числу шпинделей на вертикальные и горизонтальные, одно- и
многошпиндельные.
В большинстве случаев используют хонинговальные станки для
обработки внутренних поверхностей (отверстий). Хонингование наружных
поверхностей (валов) встречается значительно реже, что объясняется
конструктивными трудностями в исполнении инструмента и механизма
радиальной подачи брусков.
Цикл обработки отверстий включает установку (первый этап)
хонинговальной головки в обрабатываемом отверстии, собственно процесс
хонингования (второй этап), возвращение хонинговальной головки в исходное
положение (третий этап).
Хонинговальная головка устанавливается в отверстие без вращения или
уменьшенной скоростью возвратно-поступательных движений и сжатыми
брусками. Затем автоматически включается радиальная подача брусков,
подача СОЖ, вращение шпинделя и рабочая скорость
возвратно-поступательных движений шпиндельной бабки. В зависимости от условий обработки
возможно внесение изменений в радиальную подачу брусков.
После этого (третий этап) по команде от счетчика двойных ходов реле
времени системы активного контроля происходит сжатие брусков,
выключение вращения шпинделя, подача СОЖ. Момент сжатия брусков
автоматически фиксируется для того, чтобы бруски не оставили следы на
обработанной поверхности детали, только после этого хонинговальная головка
возвращается в исходное положение.
386
Постоянное давление брусков, в процессе обработки обеспечивается
гидравлическим приводом. Исправление геометрии отверстия достигается за счет
повышения давления брусков в тех местах профиля, где диаметр меньше.
При обработке отверстий двухъярусной (двухрядной) хонинговальной
головкой разжим и сжатие брусков осуществляются одновременно.
Двухъярусные головки применяют в основном для обработки отверстий
небольшой длины (головки шатуна, базового отверстия зубчатого колеса и др.).
Существует много разновидностей хонинговальных станков.
Они должны иметь вращательное и возвратно-поступательное движение
шпинделя, механизм радиальной подачи (разжима) брусков головки,
системы подачи и очистки СОЖ и приспособления для активного контроля
размеров обрабатываемых отверстий. Мощность хонинговальных станков
зависит от диаметра обрабатываемых отверстий и числа шпинделей.
Скорость возвратно-поступательного движения обычно ограничивается
величиной инерционных усилий при реверсировании. Скорость радиальной
подачи хонинговальных брусков определяется условиями их работы
(обрабатываемым материалом, качеством исходной поверхности и др).
Установка деталей при хонинговании осуществляется с помощью
приспособлений, конструкция которых зависит от особенностей формы
обрабатываемой поверхности, способа базирования, модели применяемой
хонинговальной головки и типа производства.
При хонинговании в качестве базы используется сама обрабатываемая
поверхность, относительно которой инструмент самоустанавливается. В
зависимости от требований к точности обработки конструктивных форм и
размеров обрабатываемой детали различают три разновидности установки и
закрепления детали и инструмента на станке: деталь закрепляется жестко,
головка крепится к шпинделю станка шарнирно (через два шарнира); хонин-
говальная головка закрепляется жестко, деталь самоустанавливается
относительно головки; хонинговальная головка и деталь — плавающие.
На рис. 3.137 представлены варианты хонингования, выбор которых
зависит от геометрической формы и размеров обрабатываемого отверстия и
других конструктивных особенностей заготовки и требований к
обрабатываемой поверхности. Наибольшее распространение получила схема с
возвратно-поступательным движением инструмента при неподвижной заготовке.
Наиболее сложным считается процесс хонингования нескольких соос-
ных отверстий (ярусов). Длина бруска 4 в этом случае зависит от
количества ярусов. Например, при обработке отверстия в поршне под поршневой
палец (рис. 3.138, а) хонинговальная головка снабжается брусками, длину
которых определяют по формуле
/б=2[/0-2(/,-/2)],
где /0 — общая длина отверстия (суммирующая обрабатываемые и
необрабатываемые ее части); /] — длина первого яруса соосного отверстия; 4 —
длина второго яруса соосного отверстия.
387
Варианты хонингования
Вращается
инструмент
Вращается
заготовка
Вращается
инструмент и заготовка
Возвратно-поступательное
движение совершает
инструмент
Возвратно-поступательное
движение совершает
заготовка
Рис. 3.137. Варианты хонингования, в зависимости от условий
взаимодействия инструмента и заготовки
Перебег брусков хонинговальной головки /п рассчитывают по формуле
/п=0,5/б-(/,-/2).
Длина второго яруса /2 принимается, исходя из условия 0,5/i > 12 > 6 мм.
При обработке многоярусных отверстий (более двух) (рис. 3.138, б) за
общую длину /0 берется такая же величина, как и при двухъярусной обработке,
a h > 0,5/ь При очень высоких требованиях к соосности обрабатываемых
отверстий длину брусков выбирают из условия их контакта с тремя ярусами
одновременно. В общем случае при приблизительных расчетах длину
брусков /б принимают равной 3/4 длины обрабатываемого отверстия заготовки
Lp. При обработке алмазными брусками /б < Ьг. Длину рабочего хода Lp x и
перебега брусков /п можно определить по формуле
£р.х=£р+2/п-/б.
При обычном хонинговании цилиндричность обрабатываемого
отверстия обеспечивается перебегом /п бруска за край заготовки на величину
0,25-0,5 длины бруска.
Рис. 3.138. Схемы хонингования многоярусных отверстий
388
Основное технологическое время при дозированной подаче брусков при
хонинго вании равно
п„
Т =■
Р-х
"дв.х
Число рабочих двойных ходов хона «рх, необходимых для снятия
припуска, определяют по формуле
22
п = -==£■
Р-х с '
°рад
где Z0 — общий припуск на обработку (на одну сторону); Spaa — радиальная
подача брусков за один двойной ход.
Частота движения хона равна
1000 К,
"дв.х
2Lp,
где Ve_n — скорость возвратно-поступательного движения хона.
В общем виде формула расчета основного времени t0 при хонинговании
имеет следующий вид:
Z
L= — n,
о
Sn
п
где Z — припуск (на сторону); S„ — радиальная подача на один двойной ход
хонинговальной головки; п — число двойных ходов.
Число двойных ходов определяют по формуле
1000ГВ.П
2/х
где Sn — скорость возвратно-поступательного движения; /х — ход
хонинговальной головки.
Ход хонинговальной головки:
'х = 'о + ^'„ _ 'бр'
где /0 — длина обрабатываемого отверстия; /„ — перебег хонинговальной
головки (/„ = 12.. .25 мм); /бр — длина абразивного бруска.
3.2.8. Технологические процессы суперфиниширования
поверхностей
Суперфинишированием обрабатываются плоские, цилиндрические,
конические и сферические поверхности из закаленной стали и чугуна.
Припуск на сторону должен превышать высоту исходных микронеровностей
поверхности на 10...20 %.
389
Число и ширину брусков выбирают в зависимости от диаметра
обрабатываемого отверстия. Давление брусков на обрабатываемую поверхность
относительно небольшое, например, при чистовом суперфинишировании
оно составляет0,1...0,3 МПа.
Суперфиниширование является сложным процессом резания
(царапания) поверхностного слоя детали абразивными зернами. На
производительность и качество обработки в значительной степени оказывает влияние
кинематика резания - совокупность относительного движения инструмента и
обрабатываемой детали.
Процесс суперфиниширования отличается от шлифования главным
образом кинематикой резания, условиями стружкообразования, низкими
скоростями резания, небольшим удельным давлением на инструмент и
значительным числом одновременно контактирующих режущих элементов
(зерен), отсутствием вывода их из контакта с обрабатываемой поверхностью и
наличием гидродинамической подъемной силы между контактирующими
поверхностями (брусок-заготовка). Эта сила наряду с малыми давлениями
на инструмент обеспечивает автоматическое затухание процесса резания.
Суперфинишная обработка (микрофиниш) осуществляется
мелкозернистым инструментом, совершающим осциллирующее (колебательное) движение
вдоль образующей поверхности обрабатываемой заготовки (рис. 3.139) с
минимальными удельными давлениями на инструмент и при использовании
СОЖ. Суперфинишированием можно обрабатывать цилиндрические,
конические, плоские и фасонные поверхности.
Условием получения поверхностей с высокими качественными
показателями является наличие автоматического затухания процесса резания, что
обеспечивается упругим замыканием кинематического звена брусок-заготовка.
При суперфинишировании радиальная подача на врезание абразивных
зерен обеспечивается за счет упругого поджима бруска к обрабатываемой
поверхности. Радиальное давление резания и съем металла сохраняются
почти постоянными, независимо от формы обрабатываемой поверхности.
А-А
Т*
. I—I
' -*—•—»■
Рис. 3.139. Кинематика движений заготовки и инструмента
при суперфинишировании:
1 — заготовка; 2 — инструмент
390
Суперфинишированием
достигается 5-4 квалитетов точности и
параметр шероховатости поверхности
Ra = 0,2...0,05 мкм.
При суперфинишировании, так
же как и шлифовании,
осуществляется сверхтонкое микрорезание
металла за счет зацепления большого
числа вершин абразивных зерен с ^>ис# 3.140. Схема изменения площади
исходными микронеровностями об- соприкосновения обрабатываемой по-
рабатываемой поверхности. При верхности и бруска
этом в зоне контакта (абразивное зерно-металл) происходят сложные
физико-механические, химические и электрические взаимодействия.
Процесс суперфиниширования можно разделить на три этапа.
Первый этап — кратковременный (0,5... 1,5 с), характеризуется
обновлением рабочей поверхности бруска, которое происходит в момент контакта
бруска с гребешками исходной шероховатости обрабатываемой
поверхности. Она является более грубой по сравнению с рабочей поверхностью
бруска (рис. 3.140, а). Под действием сил сопротивления резанию из
поверхности бруска вырываются отдельные зерна, некоторые из них претерпевают
объемное и местное разрушение. При этом с поверхности бруска удаляются
продукты износа (обломки зерен, частицы металла и связки), скопившиеся в
порах бруска в процессе обработки предшествующей заготовки.
Объем снятого металла на первом этапе незначителен. Площадь
соприкосновения обрабатываемой поверхности и бруска мала (рис. 3.140, б).
Давление, приходящееся на эти площадки, значительное, масляная пленка СОЖ
не препятствует протеканию процесса резания.
На втором этапе (1,5... 15 с) происходит интенсивное резание и упруго-
пластическое деформирование обрабатываемой поверхности. Этот этап
характеризуется повышенной скоростью съема металла и значительно
меньшим, чем на первом этапе, удельным расходом режущего инструмента.
По мере удаления гребешков исходной шероховатости наступает
момент, когда давления, приходящиеся на фактическую площадь касания
бруска с деталью, уменьшаются настолько, что масляная пленка начинает
препятствовать резанию. Брусок как бы начинает плавать на масляной пленке,
производя отдельными зернами пластическое и упругое деформирование
обрабатываемой поверхности.
Третий этап характеризуется наличием масляной пленки, которая
препятствует не только резанию, но и пластическому деформированию
металла. На этом этапе зерна инструмента осуществляют в основном упругое
деформирование поверхности и снимают с нее тонкие окисные пленки
(адгезионное разрушение). Адгезионное разрушение поверхности в конце цикла
обработки происходит как за счет отдельных выступающих зерен (разновы-
391
сотности зерен), так и за счет обломков абразивов, скопившихся вместе с
другими продуктами износа в порах бруска.
При суперфинишировании, в зависимости от стадии обработки, зерна,
вступившие в работу в начале второго этапа, могут последовательно
участвовать в резании, упругопластическом деформировании и в конце обработки
в адгезионном разрушении поверхности. Адгезионное разрушение
соответствует затуханию процесса и обуславливает возможность получения низких
микронеровностей обрабатываемых поверхностей.
Глубина внедрения абразивных зерен в обрабатываемый материал
различна, также различно и соотношение между количеством металла,
подвергнутого микрорезанию, упругопластическому деформированию и
адгезионному разрушению.
В зависимости от величины параметра исходной шероховатости
обрабатываемой поверхности, физико-механических свойств снимаемого слоя,
характеристик бруска и удельного давления на инструмент возможны два вида
микрорезания: в пределах средней высоты микронеровностей и
микрорезание основного металла, т. е. тонких поверхностных слоев. Первый вид
относится в основном к суперфинишированию мелкозернистыми абразивными
брусками, когда съем металла на диаметр составляет порядка 3.. .7 мкм.
При резании основного металла его съем может значительно превосходить
удвоенную высоту исходных микронеровностей и составлять 15...20 мкм и
более на диаметр. При обработке первый и второй виды микрорезания
сочетаются.
В процессе обработки зерна абразивных брусков быстро притупляются,
при этом значительно возрастает их опорная площадь. Ее возрастание
происходит также и за счет скапливания частиц продуктов износа в
поверхностных его порах. Чем больше притупление зерен, тем меньший суммарный
объем поверхностных пор остается незаполненным продуктами износа.
Суммарный объем поверхностных пор после снятия гребешков
исходной микронеровности еще значителен, он еще может разместить
определенное количество продуктов износа (рис. 3.141, а). Поэтому процесс
микрорезания не прекратится, но наступит момент, когда за счет дополнительного
притупления зерен опорная площадь бруска увеличится настолько, что
масляная пленка не будет прорываться зернами, тогда процесс микрорезания
прекратится (рис. 3.141, б).
В зависимости от глубины внедрения зерен в обрабатываемый материал
скорость съема металла может быть
настолько значительной, что стружка
заполняет поры бруска. Происходит
засаливание бруска, и процесс резания
быстро затухает.
Рис. 3.141. Схема затухания процесса Среднюю скорость колебательного
микрорезания: движения VK определяют как произве-
1 — заготовка; 2 — инструмент дение числа двойных ходов бруска ибр
392
на амплитуду колебаний А, т. е.:
С увеличением амплитуды колебаний шероховатость поверхности
несколько увеличивается, а интенсивность процесса резания возрастает.
Широкое распространение нашли суперфинишные головки с
механическим приводом осциллирования, когда движение инструмента
осуществляется с помощью эксцентрика, кулачка, кривошипа или других устройств.
Конструкция суперфинишных головок с механическим приводом
осциллирования сравнительно проста, надежна, малогабаритна и позволяет изменять
частоту колебаний при постоянстве амплитуды.
Выбор удельного давления зависит от твердости обрабатываемого
материала, характеристик абразивного инструмента, необходимой величины
съема металла и требуемой шероховатости поверхности.
Удельное давление при суперфинишировании чугуна и стали составляет
0,05...0,8 МПа. При суперфинишировании цветных металлов оно может
быть ниже. Повышение давления больше оптимального приводит к
быстрому засаливанию бруска из-за возрастания скорости съема металла. Чистовая
обработка выполняется при низком давлении (0,1...0,3 МПа для стали и
0,1... 0,2 МПа для чугуна).
С повышением удельного давления увеличивается усилие, действующее
на единичное контактирующее зерно. В результате этого оно вдавливается
на большую глубину в обрабатываемый металл, что приводит к увеличению
сечения снимаемой стружки и, следовательно, к возрастанию интенсивности
съема металла.
Производительность (интенсивность съема металла) во многом зависит
от схемы обработки и оборудования. Станки для суперфиниширования
обычно выполняются с высокой степенью автоматизации. Например, су-
перфинишированные автоматы способны проводить параллельную или
параллельно-последовательную обработку нескольких цилиндрических,
конических и торцевых поверхностей вала с производительностью до 100
заготовок в час. Для лучшей самоустановки брусков на валу их часто
располагают под углом 120° друг к другу. Агрегатное исполнение
оборудования для суперфиниширования позволяет проводить многопозиционную
обработку заготовок различной конфигурации.
Время контакта бруска с обрабатываемой поверхностью должно быть
выбрано таким образом, чтобы наряду с обеспечением высокой
производительности достигались требуемые качественные характеристики
обрабатываемой поверхности.
Интенсивное снижение микронеровностей происходит в начальный
период (5... 10 с) контакта бруска с обрабатываемой деталью. Увеличение
времени контакта до 15...20 с и более не оказывает существенного влияния
на уменьшение величины параметра шероховатости и волнистости
обработанной поверхности.
393
На операции суперфиниширования в основном применяют бруски из
карбида кремния зеленого и электрокорунда белого на керамической связке
зернистостью от М7 до М40. Бруски из электрокорунда белого при
обработке заготовок из сталей обеспечивают более высокую интенсивность съема
металла, но худшие показатели качества обрабатываемой поверхности, чем
бруски из карбида кремния. Поэтому часто для окончательной обработки
используют бруски из карбида кремния. Их же рекомендуется применять и
для обработки чугуна, вязких сталей и цветных металлов.
Алмазные бруски на бакелитовой связке используют в основном при
обработке твердого сплава и керамики.
Частоту движений (двойных ходов в минуту) бруска «двх определяют по
формуле
1000FB.n
п = —
ДВ.Х п. т '
Zbp.x
где V^n — скорость возвратно-поступательного движения бруска; Z,px —
длина хода возвратно-поступательного движения бруска.
Длину бруска /6, мм, для врезного суперфиниширования поверхностей
длиной до 60 мм с продольной подачей инструмента рассчитывают по формуле
k=Lv-A + \..2,
где Lv — длина обрабатываемой поверхности заготовки; А — амплитуда
колебаний бруска.
При обработке поверхностей заготовок длиной более 60 мм L6 =0,31, .
Ширину бруска В выбирают равной 1/5 диаметра обрабатываемой
поверхности D.
Длину рабочего хода бруска, мм, определяют по формуле
V=V/6+1...2.
Основное технологическое время при суперфинишировании в зависимости
от диаметра обрабатываемой поверхности обычно составляет 0,1.. .0,5 мин.
3.2.9. Технологические процессы доводки
и полирования поверхности
Доводка — абразивная обработка, при которой инструмент и заготовка
одновременно совершают любое движение со скоростями одного порядка
или при неподвижности одного из них другой совершает сложное движение.
Под сложным движением абразивного инструмента или заготовки
понимается два или несколько одновременно выполняемых простых движений,
например, возвратно-поступательное и вращательное и т. п. Следует различать
понятия доводка, притирка и полирование.
394
Притирка — доводка притиром или доводка деталей, работающих в
паре, для обеспечения наилучшего контакта рабочих поверхностей. Например,
притирка клапанов двигателя внутреннего сгорания к седлам клапанов.
Процесс притирки свободным абразивом отличается от микрорезания
единичным абразивным зерном, так как он ближе к физическим явлениям
абразивного изнашивания поверхностей деталей машин, происходящим в
процессе их эксплуатации. Операцию притирки можно представить как
процесс ускоренного абразивного разрушения двух деталей, одна из
которых (инструмент) изнашивается в значительно меньшей степени.
При притирке используют микропорошки (величина зерна 3...20 мкм)
корунда, окиси хрома, окиси железа и др. Применяют также специальные
пасты, например, пасты ГОИ, содержащие в качестве абразива окись хрома,
а в качестве связки олеиновую и стеариновую кислоты. За счет входящих в
состав паст химически активных веществ образуется пленка, легко
удаляемая абразивным зерном, что обеспечивает повышение производительности
притирки. Припуск на обработку составляет примерно 5 мкм.
Полирование — обработка изделий для получения малой величины
микронеровностей поверхности, осуществляемая абразивным
инструментом, пластическим деформированием и др.
При полировании материалы доводят до получения зеркального блеска.
Доводка является окончательным методом (комбинированным
способом) обработки изделия и характеризуется одновременным протеканием
механических, химических и физико-химических процессов. Доводка может
осуществляться свободным притиром, когда инструмент
самоустанавливается по обрабатываемой поверхности, или жестким притиром, когда
инструмент закреплен. Доводку абразивными притирами целесообразно
производить с непрерывной подачей суспензии (абразивной смеси) в зону
обработки. В зависимости от марки микропорошка и снимаемого припуска
доводка бывает черновая, получистовая, чистовая и тонкая. Давление
притира Р обычно составляет 0,03...0,3 МПа независимо от количества
одновременно обрабатываемых заготовок (см. рис. 3.149).
Материалы и твердость притира выбирают в зависимости от твердости
обрабатываемого материала. Как правило, процесс доводки выполняется
притирами, твердость которых меньше твердости обрабатываемого
материала. В то же время, если материал притира слишком мягкий, то
абразивные зерна проникают в него без съема металла.
Материал притира должен иметь высокую износостойкость и
теплопроводность. При обработке заготовок из закаленных сталей можно, например,
использовать чугунные притиры с суспензиями на основе белого
электрокорунда. Притиры из серого чугуна с перлитной структурой более
износостойки и хорошо удерживают абразивные зерна, поэтому их часто
используют для шаржирования притиров.
Важным элементом построения операции доводки является
определение кинематических факторов траектории относительного движения точки
395
притира по поверхности заготовки. Доводку можно осуществлять с одной
стороны или сразу с двух, с непрерывной подачей абразивной смеси
(суспензии) на поверхности притиров, с нанесенными на них (алмазными)
смесями-пастами, с предварительно шаржированными зернами абразивных
(алмазных) паст и абразивными дисками. Наиболее высокие и стабильные
показатели обеспечивают притиры с шаржированными зернами пасты.
Абразивные зерна могут находиться в свободном состоянии,
перекатываться без проскальзывания, проскальзывать, оставаться какое-то время в
микронеровностях инструмента или заготовки, внедряться в материал
(шаржироваться), вновь обретать свободное или полусвободное и
закрепленное состояние, срезая микростружку, деформируя и сминая
микронеровности. Микрорезание, микроудары и микродеформирование создают
сложную сетку рисок на обрабатываемой поверхности.
Процесс обработки притирами характеризуется взаимодействием
заготовки, зерна, притира, скоростью и траекторией относительного движения.
На рис. 3.142 представлены схемы обработки одной заготовки (рис. 3.142, а),
двух заготовок (рис. 3.142, б) и взаимного расположения заготовки,
абразива и притира (рис. 3.142, в). Смазочные жидкости (керосин, олеиновая
кислота и др.) при доводке образуют слой между притиром и обрабатываемой
поверхностью. Толщина этого слоя зависит от давления притира и вязкости
жидкости, создающей смазочную пленку. Ее толщина должна быть такой,
чтобы в ней мог разместиться только один ряд слоев зерен.
2 1
А
а)
б)
е)
Рис. 3.142. Схема доводки плоских поверхностей притиром:
a — одной заготовки; б — двух заготовок; в — взаимное расположение
заготовки, абразива и притира; / — заготовка; 2 — подвижный наконечник; 3 —
поводок; 4 — шток; 5 — притир; 6 — шпиндель притира; 7 — свободные
частицы абразива; Р — груз
396
Если зерна смогут расположиться в несколько слоев, то это вызовет их
проскальзывание, а следовательно, и снижение производительности
процесса обработки.
Притиры можно изготавливать из материала меньшей прочности, чем
обрабатываемая заготовка. Чем выше степень раскалываемое™
применяемых абразивных материалов, тем мельче зерна и ниже величина
микронеровностей на обрабатываемой поверхности, причем, чем материал
заготовки тверже, тем ниже достигаемая высота микронеровностей
поверхности. Мягкими абразивами можно обеспечить более гладкую
поверхность.
Абразивную доводку можно выполнять свободным абразивом (пастами,
суспензиями) и эластичными кругами. Припуск на предварительные
доводочные операции составляет 20...50 мкм (обычно 10...20 мкм), на
окончательную обработку — 3...5 мкм. Поэтому осуществляется доводка и
притирка только предварительно обработанных поверхностей. В доводочных
операциях обычно нуждаются плунжерные пары, калибры, режущие кромки
некоторых инструментов и дорожка качения и др.
В табл. 3.16 представлена схема технологического процесса абразивной
обработки наружного кольца подшипника. У которого в качестве
окончательной операции применяется доводка дорожки качения, вызванного
условиями роботы изделия в узле.
Химико-механическая доводка сочетает химическое воздействие на
обрабатываемую поверхность и механическое удаление поверхностных
пленок. Применяют пасты с активными добавками (олеиновой кислоты, серы,
стеорина).
Таким образом, абразивную доводку можно считать комбинированной,
так как в ней одновременно протекают механический, химический и
физико-химический процессы.
Доводка может выполняться с незакрепленным (абразивная паста и
суспензия на притирах) и закрепленным зерном (шаржированными притирами).
Доводочные станки для обработки плоских поверхностей изготавливают
однодисковыми или двухдисковыми, с планетарным и эксцентриковым
исполнительным механизмом.
Полирование способствует снижению только величины
микронеровностей без устранения отклонения формы обрабатываемых поверхностей
заготовок, так как давление резания небольшое (0,03...0,2 ГПа). Полированием
достигается величина параметра шероховатости Ra = 0,05...0,01 мкм и
изделию придается товарный вид.
Инструментом при полировании являются эластичные круги и
абразивные шкурки. Материалом служит войлок, фетр, кожа или парусина.
На такой мягкий круг наносится мелкий абразивный порошок,
смешанный со смазкой. Несмотря на небольшое давление резания, при
необходимости можно снимать припуск до 0,3 мм (крупнозернистыми
порошками).
397
Таблица 3.16
Наименование операции
Схема обрабатываемых
поверхностей
Эскиз операции
Шлифовать торцы
010
Н
И
ив
ш
ш
т
ш
_А_
*■■!
II
■■■£>! •
а:
.у?
Шлифовать наружную
цилиндрическую
поверхность
предварительно и окончательно
020
Шлифовать дорожку
качения предварительно
и окончательно
030
Доводить дорожку
качения
040
Для скругления острых кромок и декоративной отделки заготовок
используют вращающиеся барабаны и виброконтейнеры. Для обработки
труднодоступных участков поверхности целесообразно выполнять струйно-аб-
разивное полирование. При необходимости снятия больших припусков (до
0,3 мм) применяют ленточное полирование (элемент шлифования) на лен-
точно-шлифовальных станках. Абразивные ленты, покрытые
полировочными пастами, бывают шириной до 300 мм и длиной 3000 мм и более.
Кроме шкурок с электрокорундом и карбидом кремния, нанесенных на
тканевую или бумажную основу, используют шкурки с эльбором и алмазом.
Иногда целью доводочной операции (полирование) является только
придание изделию зеркального блеска. Полирование кругами с
нанесенными на них абразивными зернами или абразивными пастами и суспензиями
производят обычно со скоростью 30...35 м/с. Чувствительность обрабаты-
398
ваемого металла к тепловым
воздействиям является лимитирующим
фактором при выборе скорости обработки.
Следует учитывать, что при
полировании исходная шероховатость
обрабатываемой поверхности не должна
превышать Ra = 2,5 мкм. Основное
технологическое время при полировании
лепестковыми кругами определяют по
формуле
„ - - „ Рис. 3.143. Схема резания при поли-
где F — площадь обрабатываемой по-
г ровании
верхности; Н — высота лепесткового
круга; К\ — коэффициент, зависящий от исходной и требуемой
шероховатости поверхности; К2 — коэффициент, зависящий от диаметра лепесткового
круга; К3 — коэффициент, зависящий от деформации лепесткового круга.
При плоском полировании значение F рассчитывают по формуле
F = LB,
где L — длина обрабатываемой поверхности; В — ширина обрабатываемой
поверхности.
При бесцентровом наружном и внутреннем круглом полировании
площадь обрабатываемой поверхности равна
F = tiDL,
где D — диаметр обрабатываемой поверхности; L — длина обрабатываемой
поверхности.
Как видно из схемы резания при полировании (рис. 3.143) абразивные
зерна, встречая препятствие на своем пути в виде микронеровностей
обрабатываемой поверхности, не могут их срезать, так как не имеют жесткой
связи ни между собой, ни с основанием, на котором они находятся.
Следовательно, резание происходит в процессе огибания выступов
микронеровностей, постепенно уменьшая их высоту и сглаживая острые кромки, создавая
более равные по высоте микронеровности с закругленными вершинами.
Полирование осуществляется на низких (до 1 м/с) и высоких скоростях
(до 40 м/с). При низкоскоростном полировании обычно главное движение
осуществляет заготовка, а полировальная шкурка имеет осциллирующее
движение. Наиболее распространены шкурки на тканевой и бумажной
основе с режущими элементами из электрокорунда, карбида кремния, эльбора и
других материалов, а также алмазные шкурки, которые находят все более
широкое применение в машиностроительной промышленности.
399
■ 3.3. Технологические операции с использованием
методов обработки без снятия материала
3.3.1. Специфика технологии обработки поверхностей
изделий без снятия материала
Обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД)
осуществляется без снятия материала.
Поверхностным пластическим деформированием называется обработка
давлением, при которой пластически деформируется только поверхностный
слой материала.
Обработка материала давлением заключается в пластическом
деформировании или разделении материала. Его разделение происходит
давлением без образования стружки.
Различают статическое, ударное, вибрационное и ультразвуковое ППД.
Пластическое деформирование металла осуществляется благодаря его
способности изменять свою форму под действием внешних сил без
разрушения и затем сохранять эту форму. Деформация, оставшаяся после
прекращения действия этих сил, называется пластической (остаточной).
Следует учитывать и наличие упругой деформации металла, когда под
воздействием внешних сил металл изменяет свою форму, а с прекращением их
действия полностью возвращается в исходное положение (как пружина).
При пластическом деформировании наблюдается как остаточная, так и
упругая деформация металла, величина которой учитывается при получении
заданного размера.
Пластическая деформация возникает за счет пластической же
деформации отдельных кристаллов металла, которая происходит за счет сдвига
атомных плоскостей. Сдвиг осуществляется постепенно, вначале
сдвигается одна плоскость в промежуточное положение, затем это
промежуточное положение занимает вторая плоскость, сдвигая первую, затем третья
встает в промежуточное положение и т. д. Атомную плоскость,
находящуюся в промежуточном положении, называют дислокацией. В
кристалле пластическая деформация осуществляется за счет движения
дислокаций. Одновременно в деформируемом металле двигаются тысячи
дислокаций до момента, пока они не займут под действием внешних сил
заданного положения.
Операции, обеспечивающие процесс пластического деформирования,
являются наиболее простыми, но очень эффективными.
Отделочно-упрочняющая обработка повышает износостойкость
деталей, их контактную выносливость, усталостную прочность, изменяет
микроструктуру, физико-механические свойства поверхностного слоя,
создает сжимающие остаточные напряжения, что увеличивает
долговечность изделий.
400
Элементы конструктивного исполнения инструментов
отделочно-упрочняющей обработки поверхностей заготовок
Обреботке отверстий
Элементеми скольжения
(кольце, шарики и др.)
Одноэлементные
Многоэлементные
Однорядные
Многорядные
С малым нетягом
(выглаживание)
С большим нетягом
(формообрезующея)
— Свободная
— В обойме
С редуцированием
Обработка плоскостей
Элементами качения
(шарики, ролики и др.)
Роликовые
Однорядные
Многорядные
Многосторонняя
Другими элементами
Шариковые
Одноэлементные
Односторонняя
Дробь
Абразив
<— Боек-чекан и др.
С малым увеличением
(сглаживение)
С большим увеличением
(формообразующая)
С упругой взаимосвязью
Ударные
Сжесткой взаимосвязью
Со статическим прижимом
Рис. 3.144. Схема обобщенных конструктивных показателей инструментов отделочно-упрочняющей
обработки заготовок
Отделочно-упрочняющая обработка выполняется деформирующими
элементами, работающими в условиях трения, качения или скольжения с
жесткой или упругой взаимосвязью (рис. 3.144). Деформирующие инструменты
бывают одноэлементные и многоэлементные. Одноэлементные работают с
меньшими натягами, многоэлементные выполняются однорядными и
многорядными, что позволяет проводить обработку с большими натягами за
один технологический переход.
Пластическое деформирование можно проводить дробеструйным,
ротационным и другими способами, обеспечивающими упрочнение
поверхностного слоя обрабатываемых металлов .
Калибрующее поверхностное пластическое деформирование
осуществляется обычно элементами скольжения или качения, изменяющими
микрогеометрическую форму до заданных (допускаемых) размеров, а
формообразующее образует также и макрогеометрическую форму.
В процессе ППД образуется поверхностный и напряженный наклепы.
Поверхностным наклепом называется пластическое деформирование с
изменением структуры обрабатываемого материала без его полной
рекристаллизации. Упрочнение поверхностным наклепом вызывает повышение
сопротивляемости материала заготовки разрушению.
Накатывание — самый распространенный метод ППД, оно
осуществляется при качении инструмента по поверхности деформируемого материала
(рис. 3.145). Разновидностью этого метода является обкатывание и
раскатывание. Обкатывание — накатывание по выпуклой или плоской поверхности.
Раскатывание — накатывание по вогнутой поверхности деформируемого
материала.
Формообразующим накатыванием получают резьбу, зубья колес и др.
Поверхностное дорнование осуществляется при поступательном
скольжении дорна по охватывающей его поверхности деформируемого материала.
Галтовка — поверхностное пластическое деформирование соударением
незакрепленных заготовок и инструмента в замкнутом объеме при их
перемещении, вызванном вращением рабочего органа.
При чеканке происходит образование на поверхности заготовки
рельефных изображений за счет перераспределения металла.
Выглаживание — происходит при скольжении инструмента по
локально контактирующей с ним поверхности деформируемого материала.
Вибрационная ударная обработка представляет собой поверхностное
пластическое деформирование закрепленных заготовок рабочими телами в
замкнутом объеме.
Ударно-барабанная обработка осуществляется за счет соударения
закрепленных в барабане заготовок с рабочими телами, падающими
вследствие его вращения.
* Упрочнение — повышение сопротивляемости материала заготовки
разрушению или деформированию.
402
Методы обработки металлов поверхностным пластическим деформированием
X
Накатывание
I
X
Протягивание
(прошивение)
Обкетывение
L
Расквтывение
Обработка
дробью
-| Формообразующее
Поверхностное
[
Упрочняющее
Сглаживающее
Калибрующее
Объемное
1
- Дробеструйная
Сглаживающее
Калибрующее
- Упрочняющее
L Формообразующее
- Вибрационное
L Ударное
х
Ударная
обработка
J Вибрационная
ударная
Гидродробеструйная
Гидравлическая
виброударная
Пневмогидро-
дробеструйная
Дробеметная
~\ (дробеабразивная)
Гравитационная
X
Галтовка
X
Чеканка
— Гидравлическая
- Уплотняющая
— Вибрационная
Ударно-
барабанная
- Центробежная
Выглаживание
Упрочняющая
Рельефная
Келибрующая
Мехенической
щеткой
О
Рис. 3.145. Классификация методов обработки ППД
Центробежная обработка представляет собой поверхностное
пластическое деформирование ударами инструментов под воздействием
центробежной силы.
Обработка механической щеткой осуществляется за счет ударов концов
ворса вращающейся механической щетки.
Радиальное обжатие (поверхностное редуцирование) осуществляется
при поступательном скольжении рельефа по охватываемой им поверхности
деформируемого материала. (Термин «поверхностное редуцирование»
отсутствует в ГОСТ).
Обработка дробью — поверхностное пластическое деформирование
материала ударами дроби. В зависимости от источника кинетической энергии
дроби (струи газа, жидкости, смеси газа с жидкостью, вращения ротора дро-
бемета, свободное падение) различают дробеструйную, дробеметную,
гравитационную и другие.
Дробеструйную обработку применяют с целью повышения
микротвердости поверхностного слоя. Стальная или чугунная дробь с большой
скоростью направляется из дробеметных трубок на изделие, вызывая
пластическую деформацию металла и сжимающее напряжение, способствующее
повышению сопротивляемости металла усталостным разрушениям. Наиболее
распространенными способами отделочно-упрочняющей обработки
поверхностным пластическим деформированием являются обкатывание,
раскатывание, алмазное выглаживание и поверхностное дорнование.
При обкатывании и алмазном выглаживании, происходит копирование
погрешностей предшествующей обработки.
Изменение размера определяется величиной остаточных деформаций.
Оно зависит от удельного давления на обрабатываемую поверхность,
исходной шероховатости, материалов заготовки и инструмента, числа
проходов и других факторов. При обкатывании, раскатывании и алмазном
выглаживании образуется новая микрогеометрия обрабатываемой поверхности.
Принципиальной разницы между обкатыванием и выглаживанием нет.
3.3.2. Технологические процессы обкатывания и раскатывания
Рассмотрим особенности наиболее распространенных способов
отделочно-упрочняющей обработки.
Многороликовое обкатывание и раскатывание обеспечивает 7-11 квали-
тетов точности и параметр шероховатости Ra = 0,04 мкм при обработке в
холодном состоянии сталей твердостью до 45 HRQ.
Основными технологическими характеристиками процессов являются
натяг, сила прижима и подача. Натяг составляет 0,01...0,2 мм. Обработка
заготовок может проводиться как на специальных станках, так и на
обычных или несколько модернизированных токарных и сверлильных.
На рис. 3.146 дана принципиальная схема обкатывания наружных и
раскатывания внутренних цилиндрических поверхностей. Конструкции обкат-
404
Рис. 3.146. Схема обкатывания вала (я) и раскатывания отверстия (б):
1 — заготовка; 2 — деформирующий ролик; 3 — сепаратор; 4 — опорный
конус деформирующих роликов
ного и раскатного инструмента предусматривают несколько вариантов
использования, обеспечивающих стабильное вращение деформирующих
роликов:
• заготовка 1 и опорный конус 4 получают вращение (в одном или
разных направлениях) от шпинделя станка, а сепаратор 3 вращается свободно;
• заготовка 1 вращается от шпинделя станка, опорный конус 4
вращается свободно, сепаратор 3 не вращается;
• заготовка 1 вращается заодно со шпинделем, сепаратор 3 вращается
свободно, опорный конус 4 не вращается;
• опорный конус 4 вращается вместе со шпинделем, сепаратор 3
вращается свободно, заготовка 1 не вращается;
• сепаратор 3 вращается от шпинделя станка, опорный конус 4
вращается свободно, заготовка 1 не вращается.
405
В табл. 3.16 представлены широко используемые схемы обработки
наружных поверхностей одноэлементными и многоэлементными
инструментами упругого действия. Аналогичные схемы используют и для обработки
внутренних поверхностей тел вращения.
Таблица 3.16
Схема обработки поверхности заготовки
роликами
шариками
Характерные особенности
)*-
Dr
(-
fDs
Dr
)*
Ж
f
Одноэлементные упругого
действия
>
Dr
fc
7Я7
Dr
:J-S
Многоэлементные (двух,
трех и более) упругого
действия с принудительной
подачей инструмента (или
заготовки). Инструмент
устанавливается
перпендикулярно оси
заготовки (или под углом)
*Фт^
Многоэлементные ударного
или вибрационного
действии
D- rf Н-1т- ^
Dr
I
Of
;>-
"Ш^
Dr
>-
е-
в,
к
;,
Dr
—J - .
Формообразующие,
одноэлементные (или
многоэлементные) упругого действия
Выбор схемы обработки зависит от метода производства, жесткости
технологической системы, требуемой формы и качества обрабатываемой
поверхности. Схемы построения технологического процесса при обкатыва-
406
нии и раскатывании имеют много общего. Подачу на оборот сепаратора Sc
рассчитывают по формуле
где 5Р — подача на ролик; Zp — количество роликов.
Частоту вращения ролика «р определяют по формуле
1000 V
п„ = ,
р ч
где dp — диаметр ролика.
На рис. 3.147 представлены схемы нескольких конструктивных
решений раскатного инструмента.
Выглаживающая способность раскаток зависит от схемы обработки, их
количества, физико-механических свойств обрабатываемого материала,
скорости относительного перемещения деформирующих элементов (роликов,
шариков), осевой или радиальной подачи, усилий, макро- и
микрогеометрии, геометрической формы, размеров и траектории движения элементов,
припуска на обработку, числа проходов и других факторов. Регулируемые
раскатки являются универсальными, их можно использовать в
горизонтальном и вертикальном положениях. Самоцентрирующиеся раскатки, ролики
которых опираются на конус, часто используют для обработки длинных
трубчатых заготовок с толщиной стенок более 4 мм.
Операции раскатывания отверстий обычно выполняются за один проход
и не требуют направляющих. Жесткая схема установки роликов позволяет
проводить размерную, выглаживающую и упрочняющую обработку равно-
жестких заготовок. Жесткость таких раскаток выше радиальной жесткости
заготовок. Элементы упругого действия обеспечивают более стабильные
усилия деформирования и эффективно используются при обработке
тонкостенных заготовок.
Многороликовые импульсные раскатки состоят из кулачкового вала,
сепаратора, деформирующих роликов и втулки. Кулачковый вал
представляет собой многогранник или цилиндр с выемками, вокруг которого
совершают планетарное движение деформирующие ролики. Пластическое
деформирование поверхностного слоя заготовки происходит в тот момент,
когда ролики попадают на выступы кулачкового вала. Ролики
перемещаются радиально и перекатываются по обрабатываемой поверхности.
Количество выступов обычно в 2-А раза больше числа деформирующих роликов.
Деформирующие ролики и опорный конус изготавливают из
быстрорежущей стали ШХ 15 или Р6М5 (40^45 HRC3). Величина параметра
шероховатости рабочих поверхностей деформирующих роликов соответствует
Ra < 0,1 мкм. Ролики выполняют цилиндрическими или коническими.
Раскатывание и обкатывание можно проводить как цилиндрических, так
и конических, торцевых, сферических и других сложноконтурных
поверхностей. На рис. 3.148, а изображена схема типовой конструкции
многороликовой раскатки.
407
о
oo
,*
7///////Л
рШ D,
I
Ж
7777:
'/У/////Л
%
б)
V///////A
X/////////A
г)
$
И
Ш
=q^
У////////Л
д)
в)
Рис. 3.147. Схемы раскаток:
а — однороликовая раскатка упругого действия; б — двухроликовая раскатка упругого действия; в — многороликовая раскатка упругого
действия; г — многороликовая регулируемая раскатка; д — двухроликовая жесткая раскатка; е — многороликовая импульсная раскатка
^^яа
j
Рис. 3.148. Схемы многороликовых инструментов для раскатывания
цилиндрических (я), внутренних конических (б), наружних
конических (в) и сферических (г) поверхностей заготовок:
1 — деформирующий ролик; 2 — сепаратор; 3 — опорная оправка
На рис. 3.148, б представлена конструкция многороликовой обкатки
внутренних конических поверхностей. Она — жесткая, но нерегулируемая
на диаметральный размер обработки (опорный конус таких инструментов
выполняется сменным).
409
Позиция 3
Позиция 1
Позиция 2
" "*}
\
?
Позиция 5
Позиция 6
Рис. 3.149. Схема применения раскатки на многошпиндельном токарном автомате
Многороликовая раскатка для обработки внутренних сферических
поверхностей (рис. 3.150, в) отличается бочкообразной формой
деформирующих роликов и опорной поверхностью оправки, выполненной в виде сферы.
Эта раскатка упругого действия, так как при первоначальном
соприкосновении роликов с обрабатываемой поверхностью упругий контакт
осуществляется при помощи пружины, находящейся в корпусе раскатки.
Схема применения раскатки отверстия на многошпиндельном токарном
автомате показана на рис. 3.149. На позиции 3 показана обработка неравно-
жесткой заготовки роликовой жесткой раскаткой. Обильная подача СОЖ
исключает попадание стружки в зону раскатки.
Технологические возможности методов накатывания и раскатывания
достаточно широкие (см. рис. 3.150).
Роликовый инструмент для накатывания поверхностей применим на
большинстве типов станков: от универсального сверлильного до
обрабатывающих центров. При обработке заготовок методами ППД на
многошпиндельных автоматах инструмент устанавливают в самой верхней позиции,
чтобы свести к минимуму попадание стружки с других позиций обработки.
Наилучшие результаты достигают при обработке достаточно жестких
заготовок (у которых толщина стенки более 1/10 диаметра заготовки), твердость
410
л
а)
ж
Ж
к
I,
^=м^
ог
\ п—i ?■
ив
га
Рис. 3.150. Схемы вариантов обработки поверхностей заготовки
деформирующими роликами
411
материала не превышает 35^0 HRC3, а точность обрабатываемых
поверхностей выше IT8 (достигнутая на предшествующей операции).
Благодаря обкатке поверхностей разными способами увеличивается
прочность поверхностного слоя вследствие наклепа металла и
возникновения благоприятного распределения остаточных напряжений по сечению
обрабатываемой заготовки (поверхностный слой оказывается в зоне сжатия).
Величина остаточных (сжимающих) напряжений в поверхностном слое после
накатывания может достигать значительной величины (более 300 Мн/м2).
Инструменты жесткого действия обеспечивают постоянство натяга, а
упругого действия — равномерную силу обкатывания по всей длине
обрабатываемой поверхности независимо от точности формы заготовки и
погрешностей ее установки. При обкатывании роликами сначала на
поверхности заготовки возникает дробление зерен металла на блоки (полигонизация),
при этом возникает так называемая мозаичная структура. Затем, с
усилением сдвигов по плоскости скольжения, зерна значительно измельчаются. В
этом случае кристаллы металла вытягиваются в направлении деформации,
образуя так называемую текстуру.
Следует учитывать, что процесс упрочнения ограничен для каждого
металла степенью деформации. Переупрочнение металла вызывает перенаклеп
и разрушение поверхностного слоя заготовки, что недопустимо. Для сталей
аустенитного класса перенаклеп наступает при деформации, равной 60.. .70 %,
а для сталей перлитного класса — 40.. .45 %.
Обычно при упрочнении в поверхностном слое создаются напряжения
сжатия, а в нижележащем слое — напряжения растяжения. Следует также
учитывать, что наружный слой имеет малую толщину и сжимающие
напряжения значительно больше по абсолютной величине, что позволяет им в
определенной мере компенсировать вредное влияние растягивающих
напряжений. Сжатие поверхностных слоев детали замедляет скорость роста
усталостных трещин.
Накатывание поверхностей роликами создает в поверхностных слоях
детали остаточные сжимающие напряжения, что повышает сопротивление
усталости этих деталей. Глубина наклепанного слоя составляет
значительную величину. Кроме того, при обкатывании и раскатывании достигается не
только снижение высоты микронеровностей, но что не менее важно, радиус
закругления вершин неровностей значительно возрастает (г = 700... 1000 мкм).
Это положительно сказывается на эксплуатационных показателях работы
деталей машин (при точении и растачивании г = 20... 100 мкм).
Накатывание рефлений на валах осуществляется роликами, с
нанесенными на них насечками. Ролики прижимаются к вращающейся
заготовке, вдавливаются в нее и образуют на поверхности рефления.
Обкатывание роликами может вызывать деформации технологической системы,
поэтому целесообразно использовать не однороликовый (рис. 3.151, а), а
многороликовый инструмент, компенсирующий усилия деформирования
(рис. 3.151,6).
412
Г\и
t
Ролики как правило, изготавливают
из легированных (ШХ15, 5ХНМ и др.),
быстрорежущих (Р6М5, Р9 и др.),
углеродистых инструментальных (У10А,
У12А и др.) сталей с твердостью
рабочей поверхности 63-65,8 HRC3 или
твердых сплавов. Обкатывание
осуществляется как роликами, так и шариками.
Использование стандартных шариков
наиболее экономично.
На рис. 3.152 представлена схема
накатки на многопозиционном токарном
автомате. На позиции 3 галтель
заготовки в виде диска накатывается однороли-
ковым инструментом. Направленная
струя СОЖ отсекает стружку в зоне
накатки.
Схема обкатывания вала шариковыми
обкатниками приведена на рис. 3.153. В
процессе обработки вал (заготовка)
вращается, а деформирующий
инструмент (шар) находится в контакте с валом
и при этом шар свободно катится по
поверхности вала и имеет продольную
подачу Sn. Коэффициент трения зависит от
свойств обрабатываемого материала и
условий обработки и выбирается в
пределах^ = 0,07-0,12. При снижении подачи, при обработке металла более
высокой твердости и применении СОЖ коэффициент трения уменьшается.
При обкатывании важнейшими технологическими параметрами
является нормальная сила Ри, продольная подача S^ и число проходов п.
При обкатке вала шариком усилие Q на него, при соотношении диаметра
обрабатываемого вала и шарика более десяти, можно определить по формуле:
"Li
и
«2
б)
Рис. 3.151. Схемы однороликового (а)
и многороликового обкатывания (б)
Q =
dP„
уд
0,045£
где d — диаметр шарика; Руд — максимальное удельное давление
накатывания (Руд « 2ат); Е — модуль упругости материала обрабатываемого вала.
Для интенсификации процесса обкатывания вала шариками возможно
создание дополнительной ударной нагрузки за счет центробежной силы или
качения шариков по прерывистой внутренней обойме обкатного
инструмента (рис. 3.153, в). Чтобы усилить удар шарика об обрабатываемую
поверхность, инструмент и заготовка могут вращаться в разных направлениях.
413
Позиция 3
Позиция 2
Позиция 4
~>
Позиция 6
Рис. 3.152. Схема применения обкатывания галтели на токарном
многошпиндельном станке
На рис. 3.154 представлена схема сил, действующих при обработке
заготовки шариком с жесткой взаимосвязью. При обкатывании с продольной
подачей равнодействующая сил деформирования R раскладывается на три
составляющие силы — нормальную Р„, касательную Рк и силу подачи Р0.
Равнодействующую силу Рр определяют по формуле:
Рр=>н2+/'к2 + /,о2=>н+[(0,07...0,12)Рн]2+[(0,05...0,1)Рн]2.
Из формулы видно, что основной силой, создающей заданные условия
обработки, является нормальная сила Р„, с ее увеличением возрастают
значения касательной и осевой силы (силы подачи). По мере увеличения
нормальной силы, давление на обрабатываемый материал будет возрастать до
тех пор, пока не будет исчерпана способность металла к деформированию
414
Рис. 3.153. Схемы обкатывания
вала шариками;
а — обработка шариком с жесткой
связью (на подшипнике); б — обработка
шариком с тарировочной пружиной; в —
центробежная многошариковая
обработка; 1 — заготовка; 2 —
деформирующий шарик
Рис. 3.154. Схема сил действующих в
процессе обкатывания заготовки
шариком:
1 — заготовка; 2 — деформирующий шарик
(т. е. наступит перенаклеп материала и его разрушение). Допускать
перенаклеп на обрабатываемой поверхности нельзя.
За счет деформации и трения происходит образование теплоты, которая
в основном переходит в заготовку, инструмент и окружающую среду.
Тепловые процессы при обкатывании определяются скоростью и временем
нагрева. Скорость обработки обычно составляет 0,5... 1,5 м/с. С повышением
давления в месте контакта с заготовкой степень деформации ее
поверхностного слоя возрастает, что приводит к более интенсивному тепловыделению.
При силах обкатывания Р « 4000 Н и скорости до 1 м/с максимальная
мгновенная температура не превышает 200...300 °С. Уменьшение скорости,
давления и применение СОЖ позволяют значительно снизить влияние
температурного фактора на качественные показатели процесса.
Изменения давления, подачи и размеров деформирующего элемента
оказывают существенное влияние на величину параметра шероховатости
S2
поверхности. Как видно из соотношения Rz * — высота неровностей пря-
8/?
мо пропорциональна величине подачи (во второй степени) и обратно про-
415
Я,, mkmi
Рн, Н
Рис. 3.155. Влияние давления Р на
величину параметра шероховатости
Ra при обкатывании шариком:
1 — сталь 45; 2 — сталь 18ХГТ
порциональна величине радиуса
деформирующего шарика. С увеличением
давления микронеровности сглаживаются
до определенной величины, и
дальнейшее повышение давления не оказывает
существенного влияния на величину
параметра шероховатости (рис. 3.155).
Кроме перечисленных факторов на
процесс сглаживания микронеровностей
оказывают влияние
физико-механические свойства материала и исходное
состояние обрабатываемой поверхности.
Например, величина исходной
шероховатости закаленной стали
оказывает существенное влияние на величину достижимой шероховатости, поэтому
перед обкатыванием целесообразно применять процесс шлифования и
проводить обработку на скоростях, не превышающих 1...2 м/с, используя
несколько рабочих ходов инструмента. При обработке незакаленных сталей
исходные неровности не оказывают существенного влияния на достигаемые
качественные характеристики. Однако это не умаляет значения тщательной
предварительной подготовки поверхности под обкатывание, так как при
величине параметра шероховатости Ra > 20 мкм микронеровности будут
деформироваться лишь частично. Обычно, применяя термин «незакаленные
стали», подразумевают, что их твердость не превышает 230 НВ*.
Особое место занимают методы отделочно-упрочняющей обработки
вибрационным накатыванием с образованием регулярного микрорельефа.
Вибрационное накатывание основано на методе пластической деформации
поверхностного слоя обрабатываемого материала заготовки
деформирующим элементом (шариком, наконечником и др.). В процессе обработки де-
Напомним, как определяется число твердости по Бринеллю НВ, являющееся
безразмерной единицей и применимое к черным и цветным металлам. Оценка
твердости названа по имени шведского инженера Ю. А. Бринелля (1849-1925). При
измерении твердости металла, из которого выполнена заготовка стальной шарик
диаметром 2,5 мм; 5 мм; 10 мм, вдавливается под нагрузкой 2450 Н, 9800 Н, 29400 Н.
После снятия нагрузки, по оставшемуся на поверхности заготовки диаметру
отпечатка определяется число твердости. После проведения измерений оно
определяется по формуле
Р Р
НВ = —=
F
tzd(d-Jd2 -d2Y
где Р — нагрузка на стальной шарик, Н; F — площадь отпечатка, мм2; D — диаметр
вдавливаемого стального шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм.
416
a) 6)
Рис. 3.156. Схемы вибрационного накатывания цилиндрических (а)
и торцовых (б) поверхностей заготовок
формирующему элементу, например шарику, придается движение подачи и
осциллирующее движение вдоль образующей поверхности (рис. 3.156).
Основными параметрами вибрационного накатывания являются усилие
деформирования Р, частота перемещения (вращения) заготовки щ, скорость
продольного движения подачи Ds, частота осцилляции деформирующего
элемента «двх, амплитуда его колебаний е и радиус R рабочей поверхности
деформирующего элемента (шарика).
Варьирование частотой вращения заготовки и скоростью подачи шарика
обеспечивается образование полностью регулярного микрорельефа (ПРМР)
или частично регулярного микрорельефа (ЧРМР) в соответствии с ГОСТ.
Исходя из требований к обрабатываемой поверхности могут создаваться
новые, более совершенные для условий эксплуатации детали формы
микрорельефа поверхностного слоя за счет изменения параметров режима
виброобкатывания.
Особенностью вибрационного накатывания можно считать высокий
прирост микротвердости поверхностного слоя при меньшей глубине
упрочненного слоя, чем при обычном накатывании; обработка проводится с
меньшими усилиями и более сложными траекториями движения
деформирующего элемента.
Расчет основного времени при обработке цилиндрических поверхностей
шариком и роликом аналогичны расчету при точении. Основное время при
обкатывании вала одним роликом определяют по формуле
.L+L+L . L
t0 = /-?—3-—и-«/-2-,
nmS0 nS
где /в — длина входа ролика; L — длина заготовки; /п — длина перебега; / —
число проходов; пш — частота вращения шпинделя; S0 — подача на оборот
шпинделя.
14 Технология машиностроения
417
Длина входа ролика /в = 0,1...0,2 мм. Длину перебега /п выбирают
равной или меньше половины рабочего пояса ролика, т. е. практически
учитывается только длина заготовки /3. При выборе подачи учитывают диаметр и
радиус закругления ролика (S « 0,1...0,2 мм). Скорость обработки следует
выбирать наибольшую (до 1,5 м/с).
Длину рабочего хода инструмента (заготовки) при обработке шариком
рассчитывают по формуле
Р-х
■ь3 + ьд,
где Ьг — длина обрабатываемой поверхности заготовки; Ьд —
дополнительная длина хода, вызванная особенностями конфигурации заготовки,
инструмента или наладки.
3.3.3. Технологические процессы алмазного выглаживания
Выглаживание — поверхностное пластическое деформирование,
осуществляемое при скольжении инструмента по локально контактирующей с ним
поверхности. Область применения процессов обкатывания и раскатывания
поверхностей обычно ограничена твердостью материала заготовок, обычно
не превышающей 45 HRC3. Алмаз, обладая более высокой твердостью
может обрабатывать закаленные стали, к тому же он характеризуется низким
коэффициентом трения по металлу. Алмазный кристалл инструмента имеет
обычно форму сферы, он с определенным усилием скользит по
обрабатываемой поверхности, снимая и заполняя впадины микронеровностей
профиля заготовки. При этом снижается высота микронеровностей и упрочняется
поверхностный слой.
При алмазном выглаживании рабочим элементом является кристалл
алмаза, закрепленный в специальной оправке (рис. 3.157). Заготовка (вал)
вращается, инструмент (выглаживатель) имеет продольную подачу. Алмаз
работает в условиях трения (скольжения). Контакт с заготовкой очень
маленький, так как радиус рабочей сферы алмаза составляет 0,5.. .3,5 мм.
Алмаз характеризуется низким коэффициентом трения и высокой
теплопроводностью. Глубина внедрения
выглаживателя в обрабатываемую
поверхность заготовки (коэффициент
трения), в значительной степени зависит от
твердости материала. С повышением
твердости глубина внедрения
инструмента уменьшается, так как давление на
выглаживатель обычно создается тари-
Рис. 3.157. Схема алмазного выгла- ровочной пружиной.
живания: Основными показателями процесса
1 — заготовка; 2 — алмаз; 3 — оправка выглаживания являются — нормальная
418
сила Рн, продольная подача Бщ, и число проходов п. Схема сил и их
соотношение при алмазном выглаживании аналогичны тем, которые наблюдаются
при обкатывании шариком.
При выглаживании алмазным инструментом закаленной стали создается
давление Ря = 150...300 Н, а незакаленной стали Рн = Ю...200 Н. Скорость
не оказывает существенного влияния на качество обработки, а подачу
следует выбирать около 0,08 мм/об. При меньших подачах увеличивается число
повторных деформаций обрабатываемого слоя, что может вызвать
перенаклеп, при больших подачах нельзя обеспечить полного сглаживания
исходных неровностей. При алмазном выглаживании металл не налипает на
инструмент благодаря тому, что алмаз отполирован (Ra = 0,01.. .0,02 мкм), имеет
низкий коэффициент трения (0,02-0,1), обладает высокой
теплопроводностью и незначительной способностью к адгезии.
Кристаллы алмаза (0,5... 1 карат) крепятся в оправе с помощью
серебряного припоя или зачеканиваются. Усилие выглаживания низкое из-за малого
радиуса (R = 0,5...3,5 мм) рабочей части инструмента. С увеличением
твердости материала радиус рабочей части кристалла уменьшается.
Усилие выглаживания Р можно определить по формуле
P = KHV\-
dR
\d + R
где К — коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала
(незакаленные стали К = 0,008, закаленные стали К = 0,013); HV—
твердость по Виккерсу*; d— диаметр обрабатываемой поверхности; R — радиус
рабочей части алмаза.
Напомним, как определяется число твердости по Виккерсу HV, являющееся
условной единицей, применяемой в основном для оценки микротвердости (степени
и глубины наклепанного слоя металла и сплавов). Оценка твердости названа по
имени английского военно-промышленного концерна «Виккерс» — Vickers Limited.
При измерении твердости металла, из которого выполнена заготовка, алмазная
четьфехгранная пирамида с углом при вершине 136° вдавливается в течение 10... 15 с в
материал под нагрузкой от 59 Н до 980 (обычно 294 Н), при оценке микротвердости
цветных металлов нагрузка на пирамиду уменьшается и составляет от 0,002 до 2,0 Н.
Число твердости по Виккерсу после проведения измерений с помощью
микроскопа определяется по формуле
2Psin —
ЯК = -1 = 1,854—,
d2 d2
где Р — нагрузка на алмазную пирамиду, Н; а — угол между противоположными
гранями пирамиды при вершине (а = 136°); d— среднее арифметическое значение
длины обеих диагоналей отпечатка.
419
При выглаживании вала изготовленного из стали 45 (170... 190 НВ)
алмазом, имеющим рабочую поверхность радиусом 3,4 мм, усилие
выглаживания составит 0,5 Н. Подача инструмента выбирается такой, чтобы
обеспечивать перекрытие следов инструмента, и составляет 0,02...0,1 мм/об. Число
проходов инструмента по обрабатываемой поверхности не должно быть
более двух. За один проход достигается наибольший эффект, дополнительные
проходы незначительно улучшают качество поверхностного слоя, а после
пяти проходов обычно происходит ухудшение его состояния (перенаклеп).
Скорость выглаживания оказывает незначительное влияние на
качественные характеристики процесса и обычно ограничивается величиной
биения заготовки. При алмазном выглаживании применение смазочно-охлаж-
дающей жидкости (индустриального масла, сульфофрезола и др.) влияет на
стойкость инструмента и качество обработки.
Примерная стойкость алмаза между переточками при обработке
закаленных сталей составляет 150...200 км пути (около 30 ч работы), при
обработке незакаленных сталей она повышается в 4-5 раз. При алмазном
выглаживании точность формы деталей практически не изменяется, она должна
быть достигнута на предыдущей операции.
От величины и формы исходных неровностей зависят стабильность и
достигаемая величина параметров шероховатости. Например, при обработке
закаленных заготовок с исходной величиной параметра шероховатости Ra =
= 0,2...0,8 мкм, можно обеспечить снижение микронеровностей до Ra =
= 0,1...0,02 мкм. При обработке незакаленных сталей и цветных металлов к
заготовке предъявляют более низкие требования из-за более эффективного
сглаживания гребешков микронеровностей.
При алмазном выглаживании изменяется и физико-механическое
состояние поверхности заготовок. Глубина упрочненного слоя достигает
0,2...0,4 мм, а степень упрочнения для незакаленных сталей составляет
10.. .20 %, для закаленных — 20.. .40 %.
Учитывая повышенную хрупкость алмаза необходимо создавать
безударные нагрузки. Величину подачи можно выбирать 0,03...0,05 мм/об для
закаленных сталей и 0,04...0,08 мм/об для незакаленных. Скорость
выглаживания составляет около 2 м/с.
Алмазное выглаживание можно проводить с жестким или упругим
контактом инструмента; первое производится на более жестком оборудовании,
на высокоточных заготовках, когда надо избежать неравномерного
упрочнения, вызываемого биением заготовки. Выглаживание с упругим
контактом предпочтительнее, так как оно обеспечивает более стабильные
качественные показатели. Чтобы избежать выкрашивания алмаза подвод и отвод
инструмента производят при вращении заготовки. При алмазном
выглаживании коэффициент трения с увеличением силы деформирования, высоты
микронеровностей и снижением твердости материала возрастает.
Алмаз практически не деформируется, площадь контакта его рабочей
части с обрабатываемой поверхностью незначительна, силы деформирова-
420
ния невелики. При обработке деформирующими прошивками отверстий
работающих в условиях трения скольжения, характеристики процесса
алмазного выглаживания использовать нельзя, так как специфика условий
обработки совершенно иная.
3.3.4. Технологические процессы объемного
и поверхностного калибрования
При объемном и поверхностном калибровании отверстий используют
деформирующий и выглаживающий протяжной инструмент.
Деформирующее протягивание (прошивание) отверстий в заготовках обеспечивает 6-9 ква-
литетов точности и величину параметра шероховатости Ra = 0,32.. .0,04 мкм.
Процесс протягивания (прошивания) может осуществляться в условиях
трения скольжения или трения качения, при которых деформирующие
элементы перемещаются вдоль образующей обрабатываемого отверстия.
Значительно реже используют специальные виды протягивания, при которых
вращение осуществляет заготовка или инструмент, или совместно и
заготовка, и инструмент.
Применение деформирующих элементов протяжек, изготовленных из
металлокерамических твердых сплавов, расширило технологические
возможности деформирующего протягивания. Процесс протекает следующим
образом. Через обрабатываемое отверстие проходит инструмент, состоящий
из стержня, на котором установлены деформирующие элементы с
постепенно увеличивающимся диаметром. Они деформируют внутреннюю
поверхность, увеличивая диаметр, исправляют погрешности, упрочняют и
сглаживают микронеровности поверхностного слоя обрабатываемого отверстия.
Деформирующим протягиванием можно обрабатывать различные
заготовки, изготовленные из пластичных металлов (стали и сплавов), диаметром
3...200 мм, с деформациями 10...20 % диаметра отверстия с исходной
твердостью металла заготовки до 45 HRC3 при сквозной деформации стенок
заготовок и до 60 HRG, при поверхностных деформациях.
Деформирующие протяжки (прошивки) просты в изготовлении и
надежны в эксплуатации. Наиболее универсальным сплавом для изготовления
деформирующих и выглаживающих элементов протяжек считаются сплавы
группы ВК и, в частности, сплав марки ВК8. Следует также учитывать, что с
увеличением содержания кобальта, абразивная износостойкость сплавов ВК
повышается. Сплавы марок ВК 6М и ВК ЮМ из-за раковин, пор и других
дефектов имеют значительно меньшую стойкость, чем сплав ВК8, который
стабильно обеспечивает величину параметра шероховатости Ra = 0,16 мкм.
Процесс раскатывания в какой-то степени похож на ротационное
протягивание отверстий, которое осуществляется роликами, установленными под
углом к оси обрабатываемого отверстия. Ролики находятся в сепараторе, а
центрирование протяжки по обрабатываемому отверстию производится с
421
помощью комплекта шариков, также расположенных в сепараторе и
установленных впереди деформирующей части ротационной протяжки.
В большинстве случаев процесс деформирующего протягивания
отверстий осуществляется в условиях трения скольжения при неподвижном
положении заготовки и осевом перемещении инструмента. В этих условиях
деформирующие элементы подвержены образованию нароста на их рабочих
поверхностях, что отрицательно сказывается на качестве обрабатываемых
поверхностей и стойкости инструмента. В условиях трения качения эти
недостатки устраняются, но возрастает сложность конструкции и
себестоимость самого инструмента.
Различают процессы формообразующего, упрочняющего, калибрующего
и выглаживающего протягивания. Формообразующая обработка позволяет
создавать заданный профиль, путем пластической деформации поверхности,
например, создавать мелкие шлицы; упрочняющая — позволяет повысить
глубину и степень микротвердости обрабатываемой поверхности;
калибрующая — уменьшить исходную погрешность формы отверстия, возникшую,
например, в результате химико-термической обработки заготовки;
выглаживающая — в основном нацелено на сглаживание микронеровностей.
Деформирующие процессы могут осуществляться в свободных или
несвободных условиях (рис. 3.158, а, б). При несвободной обработке
наружные поверхности ограничены жесткими или упругими обоймами. Обычно
несвободная установка заготовок вызвана необходимостью компенсации
недостаточной жесткости заготовок, имеющих тонкие стенки. Для жестких
заготовок применяется свободное дорнование.
Основными технологическими параметрами процесса деформирующего
протягивания (прошивания) являются: натяг /, мм, и осевая сила обработки
Р0, кН. Натяг на диаметр /д деформирующего элемента определяют по формуле
где D — диаметр деформирующего элемента; Д — диаметр отверстия
заготовки.
а) б)
Рис. 3.158. Схемы свободной (а) и несвободной (б) деформирующей
обработки отверстия:
1 — заготовка; 2 — деформирующий элемент протяжки
422
о I
Рис. 3.159. Влияние натяга / на
величину параметра шероховатости
обрабатываемой поверхности Ra:
l—z=\;2 — z = 5;3 — z=\Q;4 —
z = 15 (z — число деформирующих
элементов)
Величина осевой силы
деформирования зависит от размеров заготовки,
натяга на диаметр, геометрии
инструмента, числа одновременно работающих
деформирующих элементов, трения на
контактных поверхностях инструмента,
толщины стенки, физико-механических
свойств обрабатываемой заготовки и
других взаимодействующих факторов.
Расчет сил деформирующего
протягивания проводят по эмпирическим
формулам из справочной литературы.
Вследствие неоднородности
пластической деформации в процессе обработки
возникают остаточные напряжения, и если после этого заготовка будет
подвергаться механической обработке, то она может утратить состояние равновесия,
что приведет к увеличению погрешностей обработки. В этом случае
внутренние напряжения следует снимать термической обработкой или повторным
пластическим деформированием в противоположном направлении.
При многозубом деформирующем протягивании повышается
микротвердость обрабатываемой поЬерхности. Большие контактные давления
вызывают поверхностное пластическое течение металла и способствуют
интенсивному снятию гребешков микронеровностей.
На рис. 3.159 приведено влияние натяга на величину шероховатости
обрабатываемой поверхности. Из рисунка видно, что величина параметра
шероховатости Ra будет тем меньше, чем больше натяг и число
деформирующих элементов z, обрабатывающих данную поверхность.
В целях снижения осевых сил обработки и вероятности появления
нароста на рабочих поверхностях деформирующих элементов используют
метод алмазного выглаживания и виброобкатывания. За счет того, что кроме
подачи алмазному инструменту сообщается еще и осциллирующее
движение с заданной амплитудой, на поверхности заготовки образуется
микрорельеф в виде сетки масляных каналов.
Применение данной обработки особенно необходимо для
деформирующих элементов протяжек, работающих в условиях недостаточной
смазки. Высокая твердость алмаза позволяет наносить сетку масляных каналов
на любой по твердости материал, из которого изготовлены деформирующие
кольца. В частности, масляные каналы могут быть нанесены на рабочие
поверхности твердосплавных и стальных закаленных заготовок
деформирующих элементов протяжек перед нанесением на них износостойких покрытий.
Кроме цилиндрических отверстий деформирующим протягиванием
можно обрабатывать различные фасонные поверхности. Широкое
применение получило протягивание (прошивание) при обработке шлицевых
отверстий (рис. 3.160).
423
Рис. 3.160. Схема прошивки для калибрования шлицев в отверстиях заготовок:
1 — оправка; 2 — шпонка; 3 — шлицевые деформирующие кольца; 4 — направляющая
часть
Операция прошивания (калибрования) шлицевых отверстий бывает
необходима в связи с тем, что после термической обработки происходит
усадка или коробление шлиц.
Натяг на обработку задается в зависимости от диаметра
обрабатываемого отверстия. Величина натяга при диаметре обработки 10... 120 мм
составляет 0,03...0,88 мм, для стальных заготовок: 0,05...0,2 мм — для чугунных;
0,03...0,35 мм — для заготовок из цветных металлов и сплавов. Часто
диаметр калибрующего инструмента, ширину паза шлица приходится
корректировать с учетом условий выполнения операции и жесткости
обрабатываемой заготовки.
Скорость калибрования для заготовок из стали составляет 5... 10 м/мин;
для чугунных — 5... 12 м/мин и для заготовок из цветных материалов
2...6 м/мин. Эта операция требует обильного охлаждения. Калиброванием
обычно достигается точность до 6-5 квалитетов, а величина параметра
шероховатости поверхностного слоя Ra = 1,25.. .0,14 мкм.
В результате калибрования поверхностный слой упрочняется,
происходит снижение растягивающих остаточных напряжений, возникших в
результате термической обработки или формируются сжимающие остаточные
напряжения, которые благоприятно влияют на такие эксплуатационные
характеристики, как износостойкость и циклические нагрузки.
Калибрование шлицевых отверстий можно выполнять в один или
несколько проходов, прошивками, имеющими различные натяги. Например,
сборная прошивка имеет шесть рабочих элементов (колец). Первое кольцо —
направляющее, второе выполнено с размерами шлица, полученного на
предшествующей операции, третье, четвертое, пятое и шестое выполнены с
натягом. Все калибрующие кольца — самоустанавливающиеся во время работы за
счет зазора между пазом колец и шпонкой. Величина зазора составляет 0,5 мм.
Обязательным условием является самоцентрирование рабочих
элементов при калибровании шлицевых отверстий, что обеспечивает высокое
качество обработки.
424
При всех методах пластического
деформирования, в том числе дорнова-
нии, раскатывании и алмазном
выглаживании, не следует допускать
перенаклепа (разрушения) поверхностного слоя,
следует всегда стремиться к выбору
оптимальных режимов обработки,
обеспечивающих заданные качественные
характеристики.
Как уже отмечалось, снижение
вероятности появления нароста на рабочих
поверхностях деформирующих
элементов инструмента существенно влияет на
качество. Наиболее распространенным
решением этой задачи является
хромирование и легирование рабочих
поверхностей, покрытие их нитридом титана
(TiN) и другими износостойкими
покрытиями.
При производстве дисков, зубчатых
колес и других деталей часто возникает
необходимость изготовления шлицевых
отверстий с фасками по периметру зуба. Формирование таких фасок
производится фрезой на зубозакругляющих станках. Выдавливание фасок по
периметру шлицев одновременно на обоих торцах деталей более
производительно и осуществляется как после протягивания шлицевого отверстия с
припуском под калибрование, так и после получения предварительных
торцевых наметок фасок шлицевых отверстий с последующим однопроходным
протягиванием шлицев.
Получение фасок или наметок фасок производится пуансонами сложной
формы (рис. 3.161). Пуансоны 2 и 7 хвостовой частью крепятся друг против
друга: верхний — в штоке пресса 7, нижний в державке 8 на столе пресса
так, чтобы оси конических зубцов верхнего и нижнего пуансонов лежали в
одной плоскости. Для ориентации изделия 4 служит центрирующий палец 3,
который фиксируется на пуансоне 7 и закрепляется штифтом 5.
При перемещении штока 1 вниз, конические пуансоны вдавливаются в
пазы шлицевого отверстия изделия 4, при этом на обоих торцах по
периметру шлицев образуются фаски одинакового размера. При необходимости
получения фасок разной высоты, например, если один из торцов
дополнительно подрезается, на нижний пуансон 7 одевается дополнительно упорное
кольцо 6.
Пуансон для выдавливания фасок состоит из хвостовика и рабочей
части в виде усеченного конуса, уклон образующей которого соответствует
уклону фаски на детали (рис. 3.162).
425
Рис. 3.161. Схема установки
инструмента при выдавливании фасок
методом пластической деформации с
двух сторон одновременно:
1 — шток пресса; 2, 7 — пуансон; 3 —
центрирующий палец; 4 — изделие; 5 —
штифт; 6— упорное кольцо; 8—
державка
Рис. 3.163. Схема
гидродробеструйной установки:
Рис. 3.162. Пуансон для образова- У — обрабатываемая заготовка; 2 —
ния фасок по периметру зуба рабочая камера установки; 3 — сопло
Рабочий участок пуансона выполнен в виде конических зубцов
открытого профиля, причем нормальное сечение конического участка пуансона
соответствует профилю шлицевого отверстия.
Усилие пресса ориентировочно определяют, исходя из площади
поверхности фасок. Их площадь рассчитывают по формуле
F = \,4nc(D-d + b),
где с — величина фаски по периметру шлиц; п — количество шлиц в
обрабатываемом изделии.
Рабочее усилие, необходимое для выдавливания фасок равно
Q = nc(D-d + b)ocu,
где асм — удельное давление смятия, Н/м.
При выборе пресса следует учитывать, что его мощность должна
превышать рабочее усилие формирования фасок на 30 %.
Применение предварительного пластического деформирования фасок
позволяет увеличить производительность труда и стойкость инструмента в
10 и более раз по сравнению с зубозакруглением.
Одним из широко распространенных методов ППД является
дробеструйная обработка заготовок из стали, сплавов и чугуна, которую применяют
для упрочнения их поверхностного слоя (рис. 3.163). Обдувку дробью,
выполняют с целью поверхностного упрочнения, можно осуществлять
стальными шариками, с применением эмульсии или масла (трансформаторного),
или всухую, на специальных установках (пневмогидродробеструйных).
Жидкостная пленка охлаждает обрабатываемую поверхность и обеспечивает
более равномерное распределение ударной нагрузки дробинок.
426
■ 3.4. Технологические операции с использованием методов
с нанесением материалов
Нанесение покрытий на поверхность изделия обеспечивает их защиту
от внешнего воздействия, а иногда изменяет и химический состав
поверхностного слоя. Одним из основных методов такой обработки является
напыление (металлизация), когда на поверхность детали наносится слой различных
материалов, нагретых до расплавленного состояния. Принципиальная схема
установки для напыления материалов представлена на рис. 3.164.
К источнику теплоты 1 подается наносимый материал (порошок,
проволока и т. д.) от устройства подачи материала 2. Для транспортировки частиц
наносимого материала 6 и поддержания заданной температуры наносимого
материала и обрабатываемой поверхности необходима определенная среда,
которой является газ. Устройство подачи газа 3 подает его к источнику
теплоты. Частицы нагретого наносимого материала подхватываются газовым
потоком 7 в фокусирующее устройство 4, где нагреваются до температуры
плавления (2000... 10000 °С) и устремляются к обрабатываемой
поверхности 5. Частицы наносимого материала ударяются о нее, деформируются и
растекаясь превращаются в плоскую пленку, которая за счет молекулярного
взаимодействия удерживается на поверхности.
Каждая пара рабочих материалов (покрытие-заготовка) имеет свою
температуру подогрева, при которой обеспечивается прочное сцепление
этих материалов. Например, при нанесении стали на сталь температура
подогрева заготовки не превышает 150 °С. Только ограниченное число пар
рабочих материалов можно обрабатывать без нагрева заготовки. Обычно
температура частиц наносимого материала близка к температуре плавления.
При более высокой температуре материал выгорает.
При прохождении наносимого материала от механизма нагрева до
заготовки он частично окисляется, что снижает его сцепление с заготовкой.
Поэтому процесс напыления целесообразно проводить в камере с нейтральным
газом (аргоном), а не воздухом.
В зависимости от способа
напыления толщина покрытия составляет
0,02...5 мм и более.
Напыление может осуществляться
ионно-вакуумным, электродуговым,
газоплазменным, детонационным и
плазменным способом (рис. 3.165).
При ионно-вакуумном покрытии в
рабочей камере установки 1,
вакуумным насосом 2 создается разряжение
(Ю-2... 10"* Па), что позволяет частично Рис. 3.164. Принципиальная схема
очистить поверхность обрабатываемой установки для напыления материалов
427
заготовки 2 от окислов (рис. 3.166). В
рабочую камеру подающим насосом 5
закачивают азот (газ), поверхность заготовки
бомбардируют положительные ионы азота
3 под напряжением 1 кВ, которое создает
источник питания 7, очищая поверхность
заготовки. Наносимый материал титан 11
является катодом, а окружающее его
сопло 10 — анодом. Между ними за счет
источника питания 6 возникает дуговой
электрический разряд 9, вызывающий
эрозию катода. Плазма из материала катода,
сфокусированная соленоидом 4,
перемещается в направлении заготовки со скоростью 1000...10000 м/с. Заготовка в
процессе обработки нагревается до 250...800 °С. Подаваемый в рабочую
камеру азот обеспечивает осаждение на отрицательно заряженной заготовке
нитрида титана (TiN), образовавшегося за счет плазмохимической реакции.
Покрытие заготовок нитридом титана является наиболее распространенным.
Газо-плазменное напыление (металлизация) материала происходит при
сгорании горючих газов (природный газ, ацетилен и другие газы) в смеси с
Рис. 3.166. Схема установки для ионно-вакуумного покрытия:
/ — камера; 2 — заготовка; 3 — ионы азота; 4 — соленоид; 5,8 — насосы;
6,7 — источники питания; 9 — электрический разряд; 10 — сопло;
// — наносимый материал
Методы обработки с
нанесением материалов
I —
Напыление (металпизация)
- Ионно-вакуумное
- Газопламенное
- Электродуговое \
Детонационное
>- Плазменное
_1_
Наплавке
Рис. 3.165. Классификация методов
обработки с нанесением материалов
428
кислородом, за счет чего создается температура 2000...3000 °С (при
сгорании тех же газов на воздухе температура пламени будет, примерно, в 3 раза
меньше). Наносимый материал нагревается до температуры плавления и,
осаждается на поверхности заготовки.
Аналогично газоплазменному напылению осуществляется
электродуговое напыление (металлизация). В специальную установку подаются
одинаковые или разные по химическому составу проволоки. За счет того, что они
включены в цепь источника тока, между ними образуется электрическая
дуга. При продувке через эту дугу газа, расплавленные капли металла
увлекаются им в направлении обрабатываемой поверхности заготовки. Несмотря
на простоту процесса и его высокую производительность, возникающие при
этом окисления и выгорания части переносимого материала, ограничивают
его применение.
Детонационное покрытие осуществляется за счет энергии взрыва
газовых смесей. Возникающие при детонации химические превращения,
распространяются по массе взрывчатого вещества со сверхзвуковой скоростью.
В рабочую трубу (пушку длиной до 2 м) подается газовая смесь, которая
поджигается и после взрыва она создает газовый горячий поток,
увлекающий за собой к обрабатываемой заготовке порошок наносимого материала.
На поверхности заготовки растекаются его жидкие частицы. Несмотря на
высокую прочность сцепления наносимого материала на поверхности
заготовки, низкий коэффициент использования наносимого материала (30%) и
значительный шум (до 140 дБ) сдерживает применение этого процесса.
При плазменном нанесении материал находится в ионизированном
состоянии. (Плазма представляет собой
вещество, находящееся в сильно
ионизированном состоянии). Ионизация
происходит при столкновении атомов,
движущихся с большими скоростями.
Плазменное напыление производят в
плазмотроне (рис. 3.167). В его корпус 4
с водяной рубашкой 2, под давлением
подается охлаждающая жидкость 1.
Источник питания 5 соединен с
вольфрамовым катодом 3 и медным анодом
(корпусом). Электрическая дуга 6,
возникающая между анодом и катодом,
заполняет все рабочее пространство. Через
электрическую дугу подается плазмооб-
разующий газ 9 — азот, аргон и др. Под
действием тепловой энергии
электрической дуги он ионизируется с
образованием плазмы. Столб электрической дуги,
находясь в узком пространстве рабочей
429
Рис. 3.167. Схема нанесения
покрытий с помощью плазмотрона:
/ — охлаждающая жидкость; 2 — водяная
рубашка; 3 — катод; 4 — корпус; 5 —
источник питания; 6 — электрическая
дуга; 7— поверхность заготовки; 8 —
порошок; 9 — плазмообразующий газ
Рис. 3.168. Схема электродуговой
наплавки:
/ — источник тока; 2 — электрод; 3 —
электродуговой канал; 4 — деталь
зоны расшириться не может, что
создает высокую плотность энергии,
увеличивает ионизацию и температуру (до
5000...2000 °С). Порошок 8 подается в
рабочую камеру плазмотрона, и
подхваченный транспортирующим газом и
нагретый до температуры плавления,
устремляется к обрабатываемой
поверхности заготовки 7.
Для восстановления поверхностей
деталей или повышения их
износостойкости можно использовать метод
электродуговой наплавки (рис. 3.168).
Деталь 4 и электрод 2 подключают к
источнику постоянного тока / в любой
полярности. При прямой полярности заготовка подключается к
положительному полюсу, а электрод — к отрицательному. В процессе наплавки ток
от электрода проходит через электродуговой канал 3 к заготовке. При
прямой полярности из катодного пятна электрода в сторону заготовки
устремляется поток электронов, а из анодного пятна заготовки в сторону электрода
поток ионов (при обратной полярности — наоборот). При выборе
полярности учитывают, что анодное пятно нагревается до 4000.. .5000 °С, а катодное —
до 3000...4000 °С. Когда необходимо получить значительный наплавленный
слой, выбирают прямую полярность и наоборот. В процессе наплавки в виде
капель (30...60 капель в секунду) образуется точечное прочное соединение.
Для получения сплошного наплавленного слоя процесс осуществляют с
перекрытием, накладываемых слоев.
Защитные покрытия позволяют значительно повысить надежность и
технические характеристики деталей и увеличить ресурс их работы.
Поверхностные покрытия защищают детали от коррозии, придают
верхнему слою свойства, отличающие его от основного металла. По материалу
покрытия делят на металлические, химические и лакокрасочные, а по способу
нанесения — на гальванические, химические. По назначению различают контактные,
электроизоляционные, защитные, износостойкие и декоративные покрытия.
Применяют также химико-термическую обработку поверхностного
слоя. При выборе вида покрытия учитывают условия работы изделия.
Нанесением покрытий называется обработка, заключающаяся в
образовании на заготовке поверхностного слоя из инородного материала
(окрашивание, металлизация, анодирование, оксидирование и др.).
Металлические покрытия представляют собой тонкий слой металла,
нанесенного на поверхность детали. Эти покрытия могут быть нанесены
непосредственно гальваническим и химическим способами.
Расплавленный металл обычно наносят с помощью металлизаторов.
Струя сжатого воздуха, подаваемого через сопло металлизатора, распыляет
430
расплавленный металл и наносит его на поверхность обрабатываемой
детали. Металлизация широко применяется для устранения дефектов в отливках
и при ремонтных работах. К ее недостаткам относятся хрупкость и малая
прочность сцепления слоя покрытия с материалом основания. Наиболее
распространен гальванический способ. Он позволяет получать покрытия
высокого качества и строго определенной, заранее заданной толщины. К его
недостаткам относят пористость слоя и невозможность получения
равномерного осадка на всех участках поверхности детали сложной формы. Этого
недостатка лишен химический способ, когда металл осаждается из
специальных растворов без применения электрического тока. Это позволяет
покрывать наружные и внутренние поверхности деталей сложной формы.
Покрытия делят на анодные и катодные. Электродный потенциал
металла анодных покрытий более электроотрицателен, чем основного металла.
Катодными называют покрытия с обратным соотношением потенциалов.
Способность металла сопротивляться коррозии зависит не только от его
относительного положения в ряду напряжений, но и от состояния
поверхности. Многие металлы (хром, никель и другие) хорошо противостоят
коррозии, несмотря на высокую активность, что объясняется образованием на их
поверхности тонких прозрачных сплошных пленок оксидов.
Основные требования, предъявляемые к покрытиям: прочное сцепление
с основным металлом; мелкокристаллическая структура, обеспечивающая
наилучшие механические свойства, минимальная пористость, равномерная
толщина слоя.
В технологический процесс нанесения покрытий входят: подготовка
поверхности, нанесение покрытия, промывка и сушка детали. Подготовка
включает механическую обработку, обезжиривание и травление.
Механическая обработка (полирование, пескоструйная или гидроабразивная)
улучшает качество поверхности, удаляет забоины и продукты коррозии. Грязь и
жиры с поверхности детали смываются органическими растворителями
(бензином, керосином, трихлорэтиленом), известью, горячими щелочными
растворителями (химическим или электрохимическим способом).
Промывку в органических растворителях с дополнительной обработкой
в щелочных растворах выполняют для очистки поверхности от
минеральных масел. Обезжиривают обычно известью или отмоченным мелом.
Наиболее эффективных результатов можно достичь при обработке деталей в
горячих щелочных растворах (70...90 °С), которые полностью удаляют
жиры растительного и животного происхождения.
Небольшие детали сложной формы подвергают высокой степени
очистки, применяют ультразвуковой метод с использованием химических
растворов (высокая степень очистки). Травлением удаляют пленки оксидов с
поверхности обезжиренных и промытых деталей. Процесс травления обычно
ведут в растворах серной, соляной и азотной кислот.
Заключительной операцией по подготовке поверхности под покрытие
является декапирование (легкое травление). Эту операцию осуществляют,
431
погружая детали на 1...2 мин в 5...10%-ный раствор серной или соляной
кислоты. Назначение операции — удаление с поверхности детали тонкой
оксидной пленки и выявление структуры основного металла. После
декапирования детали промывают в проточной воде и направляют на покрытие,
которое наносят в гальванических ваннах, где относительно крупные детали
помещают на специальных подвесках, а мелкие — в сетчатых корзинках и
барабанах. Покрываемая заготовка служит катодом, а металл покрытия —
анодом.
Структура покрытий и равномерность отложения металла зависят от
условий электролиза (состава электролита, его температуры и чистоты,
плотность тока и др.). Лучше применять переменный ток, так как при этом
осадки металла получаются более мелкозернистые и плотные, чем при работе на
постоянном токе. Толщина слоя гальванического покрытия не бывает
равномерной по всей покрываемой поверхности. Способность
электролитической ванны давать равномерный по толщине осадок называется
рассеивающей способностью ванны. Прочность сцепления металла покрытия с
основным металлом зависит главным образом от состояния покрываемой
поверхности. Наличие в электролите посторонних примесей исключает
получение беспористых осадков. После нанесения покрытия детали
промывают в холодной и горячей воде для удаления с их поверхности электролита.
Детали сушат в сушильных шкафах при температуре ПО...120 °С в течение
5... 10 мин или обдувают чистым сухим воздухом.
Тип покрытий выбирают в зависимости от условий работы детали.
Цинкование является основным методом защиты от коррозии деталей из черных
металлов. Цинковое покрытие хорошо выдерживает развальцовку и гибку,
но относительно плохо поддается пайке и сварке и непригодно для деталей,
работающих на трение. Цинкование не используют в качестве
декоративного покрытия, так как на воздухе цинк тускнеет, покрываясь тонкой пленкой
оксидов. Во влажной среде цинк быстро корродирует. Длительность
защитного действия цинкового покрытия зависит от условий эксплуатации и
толщины покрытия.
Улучшить защитные свойства цинкового покрытия можно
пассированием, когда оцинкованные детали обрабатывают в растворах хромовой
кислоты или ее солей (в результате цинковое покрытие приобретает заленовато-
желтую окраску). Можно применять также фосфатирование, при котором на
покрытии образуется цинкофосфатная пленка темно-серого цвета,
обладающая высокой механической прочностью.
Антикоррозионное и декоративное покрытия деталей из стали, цветных
металлов и сплавов осуществляют кадмированием. Кадмий по своим
химическим свойствам близок к цинку, но более стоек (цвет кадмия серебристо-
белый с синеватым оттенком). В отличие от цинка кадмий не растворим в
щелочах. Кадмиевое покрытие надежно защищает детали работающие в
морских условиях. Кадмий хорошо покрывает углубленные места, его
рекомендуется наносить на поверхность многих деталей имеющих резьбу, под-
432
вергаемых развальцовке, вытяжке, изгибу. Толщина покрытия обычно
составляет 0,007...0,020 мм. Повышенная коррозионная стойкость покрытия
достигается дополнительной обработкой в хромовых растворах. Из-за
дефицитности кадмия его применяют, когда нельзя применить цинковые покрытия.
Хромирование, или электролитическое покрытие поверхности хромом,
обеспечивает ее высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент
трения, износостойкость и жаростойкость. Хром стоек по отношению ко
многим кислотам, щелочам и солям. Покрытие сохраняет свой блеск и
окраску при высоких температурах (до 500 °С). Недостатком такого покрытия
является его значительная пористость и хрупкость. Обычные хромовые
покрытия плохо смачиваются маслом, поэтому часто используется пористый хром.
Декоративному хромированию подвергают детали из стали, меди,
алюминия и сплавов (алюминиевых, медных и цинковых). Как самостоятельное
покрытие хром применяют только для медных и латунных изделий при
толщине слоя 0,003...0,015 мм. На поверхности изделий из стали, цинковых
и алюминиевых сплавов перед хромированием наносят подслой из меди или
никеля. Многослойные покрытия практически беспористы. Хромовое
покрытие по меди или никелю имеет незначительную толщину (1...2 мкм),
однако обладает высокой химической стойкостью и износостойкостью. Цвет
покрытия голубовато-белый (осаждаемый на полированную поверхность
хром имеет зеркальный блеск и коэффициент отражения, равный 70 % для
уменьшения отражательной способности предпочтителен черный цвет
покрытия, что достигается использованием электролита соответствующего
состава).
Меднение как самостоятельное покрытие применяют для местной
защиты стальных деталей при их цементации. Толщина слоя в этом случае
составляет 0,020...0,040 мм. Медные покрытия применяют в
гальванопластике для наращивания медного слоя большой толщины в качестве первого
подслоя под никель, кадмий, хром и другие металлы. В этих случаях
толщина покрытия составляет 0,015...0,030 мм.
Никелирование получило широкое распространение благодаря ценным
физико-химическим свойствам никеля. Такое покрытие хорошо полируется,
устойчиво в растворах многих солей и щелочей. Как защитно-декоративное
покрытие его применяют обычно с подслоем меди. Толщина слоя никеля
составляет 0,005...0,015 мм. Никелирование без подслоя применяют лишь
для мелких и крепежных деталей. В этом случае толщина слоя составляет
0,012...0,035 мм. При защитно-декоративном никелировании используют
электролиты, придающие зеркально-блестящую поверхность покрываемому
слою (введение в электролит солей цинка обеспечивает получение черного
цвета покрытия). Следует учитывать, что черный никель обладает низкой
пластичностью и малой прочностью сцепления с основным металлом, а
также низкой коррозионной стойкостью. В таких случаях проводят
предварительное осаждение подслоя меди или светлого никеля (толщина слоя
черного никеля не должна превышать 0,5 мкм).
433
Широко применяют никелирование алюминия и его сплавов, благодаря
чему достигается устойчивость алюминия к химическим воздействиям и к
истиранию, одновременно устраняется оксидная пленка, препятствующая
сварке и пайке. Детали сложной формы, внутренние поверхности, на
которых гальваническое осаждение никеля невозможно, подвергают
химическому никелированию. В этом процессе никель восстановливается из водных
растворов без применения электрического тока. Поскольку восстановление
происходит на поверхности детали, толщина выделяющегося никеля на всех
участках детали одинакова независимо от ее конфигурации.
Химические покрытия представляют собой тонкий плотный слой
оксида металла, образующийся на поверхности детали под действием тех или
иных реагентов. Наибольшее применение получили оксидирование и фос-
фатирование.
Оксидные пленки на черных металлах могут быть образованы
термическим, химическим и электрохимическим способами. Термический способ
заключается в нагревании стальной детали на водяном пару или в
расплавленной селитре. При этом на поверхности образуется защитная пленка
толщиной около 0,001 мм.
Химическое и электрохимическое оксидирование осуществляют обычно
в растворе едкой щелочи. Например, электрохимическое оксидирование
проводят при анодной плотности постоянного тока 5... 10 А/дм2, температуре
электролита 122 °С, выдержке 10...30 мин. Подготовка поверхности такая
же, как при гальванических методах: механическая обработка,
обезжиривание и травление. Качество пленок при химическом и электрохимическом
оксидировании почти одинаковое. Толщина пленок обычно составляет
0,0006...0,0008 мм, но можно достигнуть и 0,001...0,003 мм. Пленки
эластичны, но не прочны и не годятся для деталей, работающих на трение. Из-за
малой толщины и пористости оксидные пленки защищают детали от коррозии
только при легких условиях эксплуатации. Защитную способность пленок
можно повысить обработкой смазочными маслами или лаковым покрытием.
Размеры деталей при оксидировании практически не изменяются (цвет
оксидной пленки на малоуглеродистых сталях — черный, на
высокоуглеродистых — черный с серым оттенком).
Одним из основных методов защиты алюминия и его сплавов от
коррозии является анодное оксидирование (анодирование). Толщина пленки при
этом составляет 0,003...0,012 мм (в хромовокислых растворах получаются
пленки светло-серого цвета, в сернокислых растворах — бесцветные). Для
уменьшения пористости оксидной пленки ее обрабатывают горячей водой,
водяным паром, пропитывают ланолином, парафином, лаками и др.
Оксидирование меди и ее сплавов используют для защиты от коррозии
деталей, работающих в окружающей среде с нормальной влажностью.
Толщина пленки достигает 1...2 мкм, она более твердая и износостойкая, чем
основной металл. Лучшее качество покрытия получается при
электрохимическом оксидировании.
434
Фосфатирование применяют в сочетании с защитными смазочными
материалами или лакокрасочными покрытиями для предохранения черных
металлов и цинка от коррозии. Фосфатный слой обладает хорошим
сцеплением с основным металлом, прочно удерживает масла, лаки, краски, имеет
высокое электрическое сопротивление и выдерживает напряжение до 1200 В.
Теплостойкость пленки составляет 400...500 °С. Фосфатирование
применяют для уменьшения трения при разного рода вытяжках и для изоляции
поверхности при лужении, цинковании и др. Защитную пленку образуют
химически. Электрохимическое фосфатирование применяют редко из-за низкой
рассеивающей способности ванн (неравномерная активность электролита по
поверхности детали).
Химическое фосфатирование выполняют, погружая детали в ванну,
содержащую фосфорнокислые соли железа и марганца. Толщина пленки при
мелкокристаллическом строении достигает 2...4 мкм, при
крупнокристаллическом— 10... 15 мкм.
Фосфатирование практически не изменяет размеров детали, так как
одновременно с увеличением толщины пленки происходит растворение
основного металла на поверхности. Для повышения коррозионной стойкости
наносят жировые пленки, лак и краски.
■ 3.5. Технологические операции с использованием
комбинированных и совмещенных методов обработки
Комбинированные методы — последовательно выполняемые разные
методы обработки.
Совмещенные методаы предполагают одновременную обработку
несколькими методами.
Последовательное воздействие методов (совмещенных в одном
инструменте), не является аналогом отдельных операций.
Методы обработки можно разделить по видам используемой энергии —
механической, электрической, тепловой, химической, магнитной, ядерной и
другой, а также по способу ее подвода. Например, подвод электрического
тока через канал разряда составляет основу электроэрозионной обработки.
Контакт инструмента и заготовки может быть непрерывным,
прерывистым, импульсивным, вибрационным и др.
Электрофизические методы обработки используют
высококонцентрированные источники мощности. При концентрации мощности, 103... 108 Вт/см2 на
локальном участке поверхности заготовки, энергия электрического тока или
электромагнитного поля преобразуется в основном в тепловую энергию.
Электроэрозионная обработка основана на тепловом воздействии
импульсных электрических разрядов, возникающих между заготовкой и
электродом — инструментом.
435
Электроискровая обработка осуществляется за счет электрических
разрядов с большим отношением амплитуды тока к длительности импульсов.
Электроимпульсная обработка осуществляется при уменьшенном
отношении амплитуды разряда к длительности импульсов.
Электроконтактная обработка обычно осуществляется вращающимся со
скоростью более 25 м/с диском. Между диском и заготовкой возбуждаются
механические прерывистые дуговые разряды.
Электрохимические методы обработки заготовок основаны на
преобразовании одновременно на всей обрабатываемой поверхности электрической
энергии в химическую (анодное растворение или катодное осаждение) при
плотности мощности примерно 10...104 Вт/см2 подводимой непрерывно или
импульсно. Электрохимическая обработка в проточном электролите
основана на анодном растворении металла. Рабочее напряжение достигает 24 В,
зазор между электродами (0,02.. .0,5 мм) регулируется автоматически.
Ультразвуковая обработка основана на выпадании частиц материала
заготовки при ударе о поверхность заготовки абразивных зерен, получающих
энергию от инструмента, вибрирующего с ультразвуковой частотой (более 18 кГц).
Лучевая обработка включает в себя лазерную, электронно-лучевую и
плазменную обработку. При лазерной обработке, за счет использования
квантового генератора, создаются высокая температура и давление,
приводящее к испарению обрабатываемого материала в зоне локального
излучения. Электронно-лучевая обработка основана на излучении при глубоком
вакууме. Плазменная обработка осуществляется с помощью плазмотронов
для повышения эксплуатационных свойств деталей, наплавки, напыления,
резки, сварки и т. д.
К комбинированным электрофизико-химическим методам обработки
относится абразивно-электроэрозионная, абразивно-электрохимическая,
анодно-механическая, плазменно-механическая и др.
Абразивная электроэрозионная обработка осуществляется за счет
микрорезания в условиях непрерывного электрического воздействия на
рабочую поверхность круга — инструмента.
Абразивно-электрохимическая обработка происходит путем
совмещения микрорезания абразивными зернами и электрохимического растворения
металла.
При плазменно-механической обработке происходит предварительный
нагрев трудно обрабатываемого материала с целью его разупрочнения.
Рассмотрим методы электрофизического, электрохимического и
комбинированного воздействия на материал более подробно.
Классификационная схема комбинирования технологических методов
обработки поверхностей изделий представлена на рис. 3.169. За счет
определенной комбинации и совмещения методов можно придать желаемые
свойства обрабатываемому материалу.
Комбинирование и совмещение предполагает взаимодействие методов
обработки поверхностей со снятием материала, без его снятия, с использо-
436
С помощью
воздействия
резанием
С помощью
плазменного
воздействия
С помощью
других методов
последовательного
воздействия
Деформирующе-
режущие
ультразвуковые
Электрохимико-
гидравлические
Комбинированные методы
обработки изделий
С помощью
воздействия
пластическим
деформированием
С помощью
взрывного
воздействия
С помощью
электрического
воздействия
С помощью
предварительного
нагрева
С помощью
химического
воздействия
С помощью
предварительного
глубокого
охлаждения
Совмещенные методы
обработки изделий
Электрохимико-
механические
Электрохимико-
ультразвуковые
Абразивно-
электрохимические
Другие сочетания
нескольких
методов воздействия
Эрозионно-
злектро-
химические
Рис. 3.169. Классификационная схема комбинирования и совмещения
технологических методов обработки поверхностей изделий
ванием электрического, химического, температурного и других воздействии
на обрабатываемую поверхность. Благодаря этому можно устранить
недостатки, присущие конкретному методу, взятому в отдельности.
Технология комбинирования и совмещения позволяет осуществить в
заданной последовательности два и более взаимодействия. Основная задача,
решаемая путем комбинации методов обработки, заключается в повышении
эффективности и производительности всего процесса обработки по
сравнению с отдельными используемыми методами.
Комбинирование и совмещение методов обработки позволяет
сформировать заданные свойства обрабатываемому материалу, устранить
конкретные недостатки или, наоборот, использовать преимущества каждого из
сочетаемых методов. При этом происходит взаимовлияние методов, т. е.
дополняющий метод позволяет преодолеть ограничения в интенсификации
первого метода обработки, и наоборот.
Комбинированные методы обработки поверхностей изделий часто
осуществляются с применением специальной оснастки. Они выделены в
самостоятельную область технологии механической обработки и стали
предметом специальных исследований.
437
Чтобы повысить эффективность обработки резанием, все чаще
используют предварительное холодное пластическое деформирование
применяемых в машиностроении металлов. Многократное воздействие на
обрабатываемую поверхность различными режимами холодной пластической
деформации позволяет получить свойства поверхностного слоя, обеспечивающие
наиболее благоприятные условия для его срезания.
Холодное пластическое деформирование в определенных условиях
более эффективно обеспечивает образование заданных макро- и
микрогеометрии и физико-механических свойств поверхностного слоя обрабатываемой
заготовки, т. е. одновременно осуществляются формообразующая, размеро-
образующая и улучшающая обрабатываемость поверхностного слоя (для
последующего его срезания). Для холодного пластического деформирования
не требуется введения дополнительных операций. Время на его
осуществление может быть частично или полностью перекрыто временем резания.
Кроме того, деформирующие элементы легко встраиваются в режущие
инструменты (резцы для фасонного точения с поперечной подачей, протяжки,
метчики и др.) и не требуют специального оборудования или оснастки.
Предварительное пластическое деформирование позволяет режущим
элементам производить обработку с меньшими усилиями и температурой, что
обеспечивает повышение производительности. Такую схему применяют при
механической обработке наружных и внутренних поверхностей заготовок.
Варианты сочетания резания и поверхностного пластического
деформирования представлены на рис. 3.170. Использование этих
вариантов позволяет добиться высокого качества обрабатываемых поверхностей
и стойкости инструмента. Комбинирование резанием и пластическим
деформированием в большинстве случаев позволяет повысить
производительность обработки в 2-3 раза. Деформирующие элементы могут быть
упруго или жестко связаны с режущим элементом и располагаться в виде
отдельных элементов (сепараторы,
оправки, кассеты и др.). Жесткие
крепления деформирующих элементов
применяют для повышения точности
обрабатываемых поверхностей, упругие —
для смятия микронеровностей,
образованных режущим инструментом.
Деформирующие элементы могут
работать в условиях трения скольжения
или трения качения. Последнее
предпочтительнее, так как в этом случае
стойкость деформирующих элементов в
десятки раз больше, причем обеспечивается
стабильность процесса из-за отсутствия
наростообразований на рабочих
поверхностях деформирующих элементов. Сле-
Комбинированные
методы обработки
Резание
1
_ Деформирующе-режуще-
деформирующие
Деформирование
I
Режуще-деформирующие
Режуще-деформирующе-
режущие
- Режуще-выглаживающие
_ Деформирующе-режуще-
выглаживающив
Рис. 3.170. Схема комбинирования
резания и деформирования
438
дует учитывать также, что износ режущей части инструмента изменяет
геометрические параметры обрабатываемых поверхностей и деформирующие
элементы с нежесткой связью, копируя погрешности предыдущей
обработки, не смогут ее исправить. И наоборот: деформирующие элементы с
жесткой связью в состоянии частично исправить погрешности предшествующей
обработки, хотя их износ также будет оказывать влияние на окончательные
результаты, причем влияние величины износа будет зависеть от
конструктивных особенностей, способа установки, формы рабочего профиля и
размеров деформирующих элементов.
Обычно обработку наружных поверхностей комбинированным
инструментом производить проще, чем внутренних. Для обработки плоскостей и
наружных цилиндрических поверхностей заготовок разработано большое
количество различных конструктивных решений. На рис. 3.171
представлены варианты конструкций комбинированных инструментов для токарной
обработки заготовок.
Все конструктивные решения выполнены с жестким креплением
деформирующих шариков, причем в вариантах а, б, в и е деформирующие
элементы жестко связаны с резцом. Шарики работают в условиях трения качения,
опираясь на подшипник, закрытый от загрязнения кожухом. В качестве
деформирующих элементов можно использовать и алмазные выглаживатели.
Заданный натяг на деформирующие элементы может быть задан за счет
регулировки резьбовой втулки, микрометрическим винтом жестких пружин.
При расположении режущего и деформирующего элементов на одной
оси или под углом создаются дополнительные усилия, вызывающие
деформацию вала. В том случае, когда вал недостаточно жесткий (lid > 15),
необходимо частично уравновешивать усилия резания и деформирования
(рис. 3.171, г).
Деформирующие элементы, расположенные под углом 120°,
уравновешивают силы деформирования и выполняют роль подвижного люнета и
виброгасителя. Деформирующие элементы (шарики) целесообразно
устанавливать за режущим элементом (резцом), чтобы обеспечить условия для
сглаживания микронеровностей обрабатываемой поверхности.
На рис. 3.172 представлен вариант совмещения обкатывания и точения.
При одновременном точении и обкатывании деформирующие элементы
(шарики, ролики) могут выполнять роль выглаживателей обработанной
поверхности, уменьшая микронеровности. Такая комбинация обеспечивает
снижение исходной шероховатости по параметру Ra в 2-3 раза при
обработке вязких сталей и цветных материалов.
Благодаря замкнутой системе можно компенсировать упругие
деформации, воспринимаемые заготовкой, и за счет этого повысить точность
обработки. Деформирующие ролики препятствуют деформации вала,
переупрочняя поверхностный слой и создавая благоприятные условия для снятия
материала резцом. Установленные за резцом выглаживающие элементы
(ролики) сглаживают микронеровности, полученные при резании, обеспечивая
439
a)
б)
г)
д) в)
Рис. 3.171. Примеры комбинированной токарной обработки гладкого вала:
а, б, в, г — с одним режущим и одним деформирующим элементом; д, е — с
двумя и тремя деформирующими элементами
величину параметра шероховатости Ra < 0,2...0,1 мкм и точность IT7.
Подвижные люнетно-деформирующие устройства позволяют производить
обработку, одновременно повышая жесткость вала. На рис. 3.173 показано, как
впереди идущий деформирующий элемент создает благоприятные условия
440
a)
б)
Рис. 3.172. Схема последовательного (комбинированного)
воздействия на обрабатываемый материал методом обкатывания и точения:
/ — заготовка; 2 — резец; 3 — деформирующие шарики
для снятия материала резцом (особенно при обработке вязких материалов).
Идущий после резца ролик заглаживает оставленные им микронеровности
на обрабатываемой поверхности. Такое сочетание опережающего и
последующего деформирования обеспечивает высокие показатели процесса
токарной обработки валов.
При обработке сквозных цилиндрических поверхностей растачиванием
применяют комбинированные расточные оправки с алмазным выглаживате-
лем или деформирующими роликами (рис. 3.174, а). Чтобы предотвратить
попадание стружки, деформирующие и режущие элементы могут разделять
кольцевой манжетой, а стружка вымывается направленной струей СОЖ,
подаваемой под давлением через центральное отверстие, от которого радиально
расходятся отверстия к режущим и деформирующим элементам (рис. 3.174, б).
Рис. 3.173. Схема деформирующе-режуще-выглаживающей токарной обработки
441
одЕ-
в)
////////////////^//мл ^
Y//////A У////1У/////.
■€■
-EZ3-
vp?///7!w.
У77/77777<
г)
Рис. 3.174. Режуще-деформирующие схемы обработки отверстий
растачиванием:
/ — заготовка; 2 — резец; 3 — режущая пластина; 4 — деформирующий
элемент; 5 — разделительная манжета; б — деформирующий элемент качения
При жестком креплении деформирующих элементов обеспечивается
снижение микронеровностей, погрешностей формы и повышение микротвердости
поверхностного слоя.
В чистовой обработке возможно использование одновременного
растачивания и раскатывания отверстия. Она выполняется комбинированным
инструментом, но последовательно (рис. 3.174, в, г). Например, при обработке
гильзы цилиндров при прямом рабочем ходе производится только
растачивание отверстия черновым и чистовым резцом (пластиной), напротив друг
друга. Режущие элементы инструмента самоустанавливающиеся. При
обратном ходе режущие элементы втягиваются за счет срабатывания пневмо-
цилиндра, а деформирующие элементы (ролики) принимают рабочее
положение (поджимаются к обрабатываемой поверхности). Таким образом
раскатывание происходит при обратном ходе инструмента, увеличивая диаметр
отверстия примерно на 0,04 мм. Конструкция такого комбинированного
инструмента выполняется по модульному принципу и может использоваться
отдельно, т. е. только для расточки или только для раскатки.
442
Рис. 3.175. Схемы комбинированного осевого инструмента:
а — ротационный зенкер-раскатка; б — развертка-раскатка; в — протяжка-
раскатка; / — режущие элементы инструмента; 2 — деформирующие
элементы инструмента
Разработаны различные конструкции комбинированных зенкеров
(рис. 3.175, а), разверток (рис. 3.175, б), протяжек (рис. 3.175, в) и другого
осевого инструмента, обеспечивающие высокое качество процесса такой
обработки в отличие от традиционных. Например, комбинированный осевой
инструмент с деформирующими элементами качения (рис. 3.175, в)
изготавливается сборным с каналами для подачи смазочно-охлаждающих
технологических сред (СОТС) в зону обработки.
Режуще-деформирующая обработка плоских поверхностей получила
меньшее распространение по сравнению с внутренними и наружными
цилиндрическими поверхностями, но принцип построения схемы обработки
сохранился. Инструмент может быть выполнен одно- и многоэлементным, с
деформирующими элементами скольжения или качения, подпружиненными
и жесткими, выполненными на одной оправке с режущей секцией или в
виде отдельных вставных элементов.
На рис. 3.176 представлены варианты совмещения деформирования и
резания (что является первичным — деформирование или резание, зависит
443
Рис. 3.176. Схемы фрез-накатников со вставками:
а — фреза-накатник с шариковыми деформирующими элементами качения;
б — фреза-накатник с роликовыми деформирующими элементами качения; в —
фреза-накатник с деформирующими элементами скольжения; / — корпус
фрезерной головки; 2 — режущий элемент; 3 — деформирующий элемент
от технологических условий на обработку). Как и при токарной обработке,
возможны варианты компоновки деформирования и резания, резания и
деформирования или деформирования, резания и выглаживания.
Подпружиненные, полужесткие системы деформирования при
фрезеровании менее эффективны, так как необходимо обеспечить условия
трения качения шариков, чтобы комбинация резания и деформирования была
более эффективной. Кроме того, необходимо подавать большое
количество СОЖ для вымывания стружки. Обработка открытых плоских
поверхностей заготовок из цветных металлов комбинированным фрезерованием
позволяет за один проход снизить величину микронеровностей по параметру
Ra в 1,5-2 раза.
Аналогично фрезерованию строится комбинированная обработка
плоских поверхностей и при строгании (рис. 3.177).
Кинематика процессов строгания плоских поверхностей способствует
образованию параллельно направленных следов обработки. Следует
учитывать, что из-за этого на двух сопрягаемых деталях может возникнуть
явление схватывания этих поверхностей. Использование деформирующих
элементов позволяет не только значительно снизить величину
микронеровностей, но и изменить их форму.
444
Рис. 3.177. Режуще-деформирующая
схема обработки плоских
поверхностей строганием
Комбинированный деформирующе-
режущий и режуще-деформирующий
инструмент обеспечивает
производительность, высокую точность и качество
обрабатываемых поверхностей.
Технологические операции с
использованием комбинированного
инструмента можно отнести к
размерно-чистовым, позволяющим проводить
обработку широкой номенклатуры деталей.
Комбинированный инструмент можно
использовать как в единичном, так и в
массовом производстве. Особое
внимание следует уделять процессам
дробления и удаления стружки из зоны
обработки. Особенно опасна мелкая стружка
и пыль, которые вминаются деформирующим элементом в обрабатываемую
поверхность. Поэтому СОЖ подается под большим давлением через
специально подготовленные каналы непосредственно в инструменте.
При выборе варианта комбинированного метода обработки необходимо
проанализировать возможные его преимущества, рациональные режимы,
оценить обеспечение стабильных качественных показателей процесса.
Протягивание отверстий в 4—5 раз производительнее хонингования и
алмазной расточки, в 10 раз производительнее обычного фрезерования и
развертывания, а комбинированное
протягивание позволяет еще в 2-3 раза
повысить производительность обработки.
Причем одновременно достигается
повышение стойкости инструмента и
качества обработки. При комбинированном
протягивании возможны различные
сочетания режущих и деформирующих
элементов (рис. 3.178).
Вариант конструктивного решения
деформирующе-режущей протяжки для
обработки отверстий представлен на
рис. 3.179. Протяжка является сборной.
На оправке, выполненной совместно с
передним хвостовиком 1, установлены
режущие 2 и деформирующие 3
элементы. Задний хвостовик 4 накручивается на
оправку и поджимает режущие и
деформирующие элементы протяжки. Впереди
режущих зубьев установлены два допол-
•
в) г)
Рис. 3.178. Схемы обработки
отверстий комбинированным
протягиванием:
а — режуще-деформирующая; б — де-
формирующе-режущая; в — деформи-
рующе-режуще-деформирующая; г —
режуще-деформирующе-режущая
445
о" о
СО
304
ЪЛ
12
32
215
"■£_
150
15
1
32
90
&
$
^1_1^
774
1-й зубец
А-А (2:1) Б-Б (2:1)
36.0,5
В-В (2:1)
R36
8 выкружек
№ зуба
Диаметр зуба
Допуск
1
42,50
2
42,50
3
43,0
4
43,20
5
43,17
6
43,76
7
43,80
8
43,77
9
44,20
10
44,17
11
44,37
Рис. 3.179. Вариант реализации режуще-деформирующей схемы
нительных деформирующих кольца, назначение которых не в том, чтобы
деформировать поверхностный слой, а в обеспечении лучших условий
центрирования протяжки по обрабатываемому отверстию. Такая конструкция
протяжки обеспечивает более высокое качество обрабатываемых
поверхностей и стойкость инструмента.
Рассмотрим одну из наиболее технологически перспективных схем
обработки — деформирующе-режущую. Такое протягивание основывается на
446
Продольный профиль зубцов
№№4; 5: 7; 8; 10; 11, 13; 14; 16; 17
М2:1
Продольный профиль зубцов
№№ 1; 2; 3; 6; 9; 12; 15; 18 - 23
М2:1
R2
2»'
1
—"•
ъ
«5°'
г\
S
sN4*
10
4
^
\
KS
6
0
15
NWW4*
22
4^
2,5е,
■'/
Т^
{КО
о
со
$
! 12
\ 44,80
13
45,00
14
44,97
15
45,40
16
45,60
17
45,57
18
45,67
19
45,77
20
45,87
21
45.97
22
46,07
-0,05
23
46,027
-0,003
обработки на протяжном инструменте
предварительном холодном пластическом деформировании и последующем
срезании деформированного слоя режущими зубьями. Деформирование
создает благоприятные условия для работы режущих элементов. Значительное
повышение эффективности резания металла основано на изменении физико-
механических свойств обрабатываемого металла в процессе деформирования.
Деформирующе-режущая прошивка состоит из чередующихся
деформирующих 1 и режущих элементов 2, а выглаживающие элементы 3 лишь
447
Рис. 3.180. Схема деформируще-режущей прошивки для обработки
цилиндрических отверстий:
1 — деформирующий элемент; 2 — режущий элемент
уменьшают величину гребешков микронеровностей обрабатываемой
поверхности, как это показано на рис. 3.180. Такая прошивка в состоянии
заменить обычную режущую протяжку, длина которой в несколько раз
больше. В результате предварительного холодного пластического
деформирования происходит упрочнение поверхностного слоя металла, изменяются его
физико-механические свойства, происходят изменения в кристаллической
структуре. Деформация поверхностного слоя тесно связана с изменением
субмикроструктуры и микроструктуры металла. Процессы, происходящие в
поверхностном слое металла, объясняются современной теорией
дислокаций. Дислокации представляют собой дефекты и искажения
кристаллической решетки. Они очень подвижны, и эта подвижность объясняет их легкий
сдвиг под воздействием режущих зубьев. Возникающие напряжения сдвига
воздействуют на скопление дислокаций и создают условия для
возникновения субмикроскопических трещин в наклепанном слое, которые затем
переходят в макроскопические и ускоряют отрыв частиц от основного металла.
Предварительное пластическое деформирование снижает силы резания,
необходимые для снятия стружки. При срезании стружки отдельные
микротрещины под воздействием режущего элемента самопроизвольно создают
макротрещины, облегчающие отделение металла. Меньшее усилие для
срезания наклепанного (упрочненного) слоя обуславливается также и тем, что в
результате деформирования измельчаются зерна металла, что также
способствует улучшению процесса срезания такого слоя.
Обрабатываемость металлов после пластического деформирования
зависит от большого числа различных факторов, связанных с особенностями
кристаллической структуры, химического состава, механических свойств
самого обрабатываемого материала.
Деформирующе-режущее протягивание сочетает в себе положительные
стороны режущего протягивания и прошивания (калибрования). Из
режущего протягивания взяты высокая скорость обработки за счет простоты
рабочего движения и возможность обработки сложных профилей, а из
калибрования — стабильность качества обработки поверхностного слоя.
При резании металла напряженное состояние локализуется в узкой зоне
у кромки режущего клина, что ведет к отрыву металла (образованию
стружки), а при холодном деформировании пластическое напряженное состояние
448
создается в значительном объеме металла, обеспечивая его безотрывное
течение. Эффективность деформирующе-режущих методов обработки
значительно повышается при использовании их в определенных сочетаниях.
Последовательность чередования и количество деформирующих и режущих
элементов следует выбирать применительно к конкретным требованиям на
обработку отверстий.
Деформирующе-режущее протягивание и прошивание имеет
следующие преимущества:
• происходит объемная деформация детали (деформирующие элементы
исправляют исходные погрешности формы, выравнивают припуск,
уменьшают его величину и обеспечивают условия для его равномерного удаления);
• создаются более благоприятные условия для срезания поверхностного
слоя, улучшаются его физико-механические свойства (уменьшается
толщина дефектного слоя);
• деформирующие элементы являются дополнительными
направляющими, уменьшающими погрешности обрабатываемых отверстий;
• создаются возможности обработки поверхностей любого профиля;
• значительно сокращается количество режущих зубьев и
деформирующих элементов;
• применение сборной конструкции инструмента позволяет сочетать
различные марки материалов режущих зубьев и деформирующих элементов;
• замена протяжки на прошивку позволяет концентрировать операции и
вести обработку на более простом и дешевом оборудовании (прессы вместо
протяжных станков), автоматизировать такие процессы.
Величину превышения диаметра деформирующего элемента над
диаметром обрабатываемого отверстия при проталкивании его через отверстие
называют натягом, который обеспечивает пластическое деформирование
металла. В процессе работы деформирующие элементы испытывают
значительные напряжения и сильно изнашиваются из-за больших сил трения;
поэтому обычно их изготавливают из твердого сплава, хорошо
противостоящего истиранию.
Установив впереди протяжки круглый деформирующий элемент, можно
исправить исходную погрешность обрабатываемого отверстия, полученную
на предыдущей операции, и улучшить центрирование. (Обычно
направляющая часть протяжки выполняется с зазором относительно исходного
отверстия, поэтому не может обеспечить надежного центрирования).
Для твердосплавных колец натяг на одно кольцо может меняться в
пределах от 0,01 до 1,2 мм. Сдерживающим фактором применения больших
натягов являются заданная точность, качество поверхностного слоя, силы
протягивания и другие технологические и конструкционные факторы. При
работе по предварительно необработанной поверхности (по черному) и с
натягами более 0,1 мм рекомендуется для изготовления деформирующих
колец применять твердый сплав марки ВК15, при меньших натягах — ВК6,
ВК8. Зазор между кольцами и стержнем более 0,03 мм и натяг на кольцо
15 Технология машиностроения 449
применять не рекомендуется из-за возможности поломки колец. Перекос,
создаваемый торцами колец относительно отверстия, также приводит к их
растрескиванию.
При протягивании деформирующим кольцом диаметр отверстия
увеличивается на величину пластической деформации, которая всегда меньше
заданного суммарного натяга. После выхода протяжки происходит усадка
отверстия. В свою очередь, кольца упруго сжимаются и уменьшают свои
поперечные размеры (в расчетах этим уменьшением пренебрегают из-за его
незначительности).
Усадка отверстия зависит от обрабатываемого материала, его твердости,
термообработки, толщины стенки заготовки, натяга на кольцо, шага между
кольцами, геометрии колец и других факторов.
При протягивании отверстий следует стремиться получить размер на
верхнем пределе допуска.
Глава 4
Технологические процессы обработки зубьев
■ 4.1. Общие сведения о зубчатых колесах
4.1.1. Основные положения
Зубчатые передачи получили широкое распространение благодаря
своей универсальности, высокому КПД, возможности применения в
широком диапазоне скоростей и мощностей, компактности и надежности. В
то же время предъявляются высокие требования к качеству рабочих
поверхностей зубчатых колес. Для их обработки требуется высокая
квалификация и специальная подготовка всех работников. Обработка зубьев и
базовых отверстий является одним из самых сложных видов
механической обработки, выполняемых на специализированных станках с
использованием дорогостоящего специального инструмента.
Важнейшими задачами при разработке технологии изготовления
зубчатых колес являются: выбор рациональных методов обработки и
конструкций инструментов, обеспечивающих экономию металла, повышение
качества, производительности и стабильности процесса, снижение себестоимости
и трудоемкости обработки. Решение этих сложных взаимосвязанных задач
невозможно без глубокого анализа существующих и создания новых
перспективных методов обработки и конструкций инструментов.
Зубчатой передачей называют механизм, предназначенный для
передачи вращательного движения, осуществляемого с помощью зубчатых колес,
преобразования вращательного (колебательного) движения в
поступательное или наоборот поступательного во вращательное движение с помощью
зубчатого колеса и рейки.
Зубчатым колесом называют колесо с замкнутой системой зубьев.
Выступы на колесе, передающие движение путем воздействия на выступы
другого колеса называются зубьями (рис. 4.1).
Зубчатое колесо имеет тело и зубчатый венец. Поверхность,
отделяющая зубчатый венец от тела колеса, называется поверхностью впадин. Таким
образом, зубчатый венец цилиндрических колес располагается между
поверхностью впадин и поверхностью вершин, у конических колес — между
конусом вершин и конусом впадин. Боковые рабочие поверхности зуба
отделяют тело зубчатого колеса от впадин.
451
Базовое отверстие шестерни
Зуб шестерни ^
"" " Окружность выступов
Шестерня окружности
Зуб колеса
Основная окружность
Профиль зуба
Окружность впадин
Головка зуба
Г-.£%
Высота головки зуба
Высота ножки зуба
Зубчатое колесо
Рис. 4.1. Схема зубчатого колеса с эвольвентным профилем зубьев
Базовое отверстие
зубчатого колеса
Зубчатые передачи классифицируют в зависимости от расположения
осей валов, на которых установлены зубчатые колеса. Их разделяют на
передачи между валами с параллельными, пересекающимися и
скрещивающимися осями.
Передачи между валами с параллельными осями называются
цилиндрическими. Различают прямозубые, косозубые, шевронные, круговые,
винтовые и реечные цилиндрические передачи.
Прямозубыми цилиндрическими колесами внешнего и внутреннего
зацепления называются зубчатые колеса, у которых направления каждого зуба
совпадает с образующей начальной поверхности (рис. 4.2).
Косозубыми цилиндрическими колесами внешнего внутреннего
зацепления называют зубчатые колеса, у которых направление каждого зуба
составляет постоянный угол с образующей начальной поверхностью. Углом
наклона зуба у косозубых колес называется угол между осью колеса и
направлением зуба на делительном цилиндре. Косозубые колеса могут иметь
правое и левое направление наклона зубьев.
Шевронные цилиндрические колеса внешнего и внутреннего зацепления
представляют собой сочетание двух косозубых колес с правым и левым
направлением зубьев. В передачах с круговыми зубьями профиль зубьев
шестерни выпуклый, а у колеса — вогнутый. В
зацеплении зубья расположены под
постоянным углом к образующей начальной
поверхности, как в косозубых передачах, а зубья
выполнены по дуге окружности.
Винтовые передачи можно отнести как к
передачам с параллельными, так и
скрещивающимися осями, так как они могут иметь
угол скрещивания от 0 до 90°. Винтовые пере-
Рис. 4.2. Размеры зуба дачи отличаются от косозубых тем, что имеют
452
точечный контакт зубьев, а не линейный
следовательно, большие нагрузки винтовые
передачи передавать не могут.
Реечными передачами называют передачи,
применяемые для превращения вращательного
движения вала в поступательное
(колебательное) движение какой-либо детали (узла
машины) или, наоборот, поступательного движения 777777777777777У777777777777777777777
во вращательное (рис. 4.3). рис. 4.3. Схемы зубчато-рееч-
Зубчатое колесо и рейка относятся к пере- ной передачи:
дачи с параллельными осями потому, что зуб- у _ зубчатое колесо; 2 — зубча-
чатую рейку можно представить как зубчатое тая рейка
колесо с бесконечно большим делительным
диаметром. Рейка перемещается по прямой перпендикулярно оси зубчатого
колеса. Следует учитывать, что зубчатая рейка (развернутое зубчатое
колесо) имеет одинаковый шаг зубьев и зацепление ее зубьев с зубьями
сопрягаемого колеса подчиняется общим закономерностям эвольвентного
зацепления. Прямолинейный профиль зубьев рейки является основой
осуществления технологического процесса нарезания зубьев колес методом обката.
По виду зацепления зубчатые передачи разделяют на эвольвентные,
зацепления Новикова, циклоидные, цевочные, круговинтовые и часовые.
Коническими передачами называют зубчатые передачи между
пересекающимися и скрещивающимися валами, расположенными под прямым
углом, тупым или острым. Наибольшее распространение получили передачи,
расположенные под тупым углом. Различают косозубые передачи
прямозубые, с косыми зубьями, с нулевым углом наклона и с криволинейными
зубьями. В конических передачах начальными поверхностями сопряженных
колес являются круглые конусы. У обычных передач межосевой угол
образуется от суммы углов делительных конусов сопряженной пары, т. е.
5,+52=90°.
Передачи, в которых межосевой угол £=90°, называют
ортогональными. Неортогональными или угловыми называют передачи с межосевым
углом £*90° (возможны значения от 0° до 180°). При Х = 0 передача
превратится в цилиндрическую, а при £=180° — в муфту с торцевыми зубьями.
Передачи с пересекающимися осями разделяют на конические и
смешанно-конические. Смешанно-коническими передачами называют те, у
которых одно колесо цилиндрическое, а другое коническое. Такие
передачи не оправдывают затрат на их изготовление и имеют низкую несущую
способность.
Конические колеса с прямыми зубьями просты в расчетах,
изготовлении, сборке. Конические колеса с внешними зубьями имеют острый угол
между осью колеса и образующей делительного конуса, с внутренними
зубьями — тупой, у плоских колес — прямой угол. Ниже будут рассмотре-
453
ны конические зубчатые колеса, имеющие острый угол между осью колеса и
образующей делительного конуса.
Конические колеса с косыми (тангенциальными) зубьями имеют
прямые зубья, касательные к окружности, угол наклона зуба не превышает 30°.
Косозубые конические колеса сложны в изготовлении и не получили
широкого распространения. Конические колеса с нулевым углом наклона имеют
круговые зубья с углом наклона зуба в середине венца, равным нулю, они
так же, как и прямозубые конические колеса достаточно просты в
изготовлении и сборке. Конические зубчатые колеса с криволинейными зубьями
имеют угол наклона линии зуба в середине зубчатого венца, неравный
нулю. Такие передачи имеют преимущество в том, что они более бесшумны и
имеют более высокие показатели в скоростных передачах.
Передачи при скрещивающихся осях разделяют на гипоидные,
червячные, винтовые и спироидные.
Чаще используют ортогональные передачи. Общим недостатком таких
передач является низкий КПД и продольное скольжение зубьев. Гипоидные
колеса — это колеса с криволинейными зубьями, причем ось ведущей
шестерни обязательно смещена (выше или ниже) относительно оси ведомого
колеса.
Червячными передачами называют передачи, применяемые для
вращения валов, расположенных под прямым углом и не пересекающихся между
собой. Скорости скольжения у червячных передач больше, чем в других
зубчатых передачах.
Спироидные передачи относятся к передачам, оси валов которых
перекрещиваются под прямым углом. Как и гипоидные, спироидные передачи
имеют смещение, но только меньшее. В отличие от червячной у спироидной
передачи червяк имеет коническую форму. Спироидные передачи менее
чувствительны к неточностям монтажа. Им присущи те же недостатки, что и
у всех передач с перекрещивающимися осями.
Винтовые передачи имеют точечный контакт, поэтому их можно
использовать только при низких нагрузках и скоростях.
Таким образом, для определения вида зубчатой передачи важнейшими
исходными данными являются расположение осей и форма зубьев колеса.
Упрощенно зубчатая передача представляет собой зубчатое колесо и
рейку, червячное колесо и червяк или колесо и шестерню, находящихся в
зацеплении.
Колесом называют элемент зубчатой передачи с большим числом
зубьев, а шестерней — с меньшим числом зубьев. В зацеплении одно колесо
является ведущим, второе — ведомым. Ведущим называют зубчатое колесо,
передающее вращение, а ведомым — приводимое во вращение.
Различают зубчатые передачи внешнего и внутреннего зацепления.
Зубчатые цилиндрические передачи внешнего зацепления имеют сопряженное
колесо и шестерню внешнего зацепления, вращающиеся в
противоположных направлениях. Зубчатые передачи внутреннего зацепления имеют одно
454
а) б)
Рис. 4.4. Цилиндрические
зубчатые передачи:
а — зубчатые передачи внешнего
зацепления; б — зубчатые передачи
внутреннего зацепления
колесо внутреннего зацепления и одну
шестерню внешнего зацепления, вращающиеся
в одном направлении (рис. 4.4). По
конструкции зубчатые передачи делятся на
открытые и закрытые, т. е. незащищенные и
защищенные корпусом и поэтому в
достаточной степени смазанные.
По назначению зубчатые передачи
делят на вспомогательные, кинематические,
тяжелонагруженные и скоростные.
Вспомогательные передачи не требуют высоких
качественных показателей, так как
передают малые крутящие моменты.
Кинематические передачи обеспечивают
согласованность перемещений в кинематической цепи.
Тяжелонагруженные передачи работают при незначительной частоте
вращения колес, в то же время передают значительные крутящие моменты, а на
зубья действуют большие удельные нагрузки. Для таких передач (например,
редукторов) важно обеспечить минимальную деформацию зубьев,
исключить поломку и выкрашивание поверхностного слоя зубьев. Соответственно
эти передачи условно можно классифицировать как весьма тихоходные (с
окружной скоростью до 0,5 м/с) и тихоходные (V = 0,5.. .3 м/с).
Скоростные передачи в основном предназначены для передачи
крутящего момента. Скоростные передачи можно условно разделить на средне-
скоростные (V= 3...15 м/с ), скоростные (V= 15...40 м/с) и
высокоскоростные (V= 40... 100 м/с и более). Требования к уровню шума, а следовательно,
и к качеству изготовления у таких колес повышенные.
В зависимости от назначения зубчатые колеса выполняются с разными
степенями точности (всего 12 степеней точности). Размеры и модуль
зубчатых колес также оказывают влияние на весь процесс обработки.
В значительной степени на процесс обработки зубчатых колес
оказывают влияние не только требования по точности, конструкция колес, форма
зубьев, модуль, размеры, но и программа выпуска и отрасль
промышленности (условия конкретного предприятия), производящая зубчатые колеса. В
условиях массового производства более технологичной считается заготовка,
максимально приближенная к форме готового зубчатого колеса, на ней
могут быть сформированы зубья, рационально расположены волокна металла,
прошито базовое отверстие и т. д. Для единичного производства такие
заготовки не технологичны.
В дальнейшем будут рассматриваться некоторые методы обработки
цилиндрических и ортогональных конических со ступицей эвольвентных
зубчатых колес и шестерен с прямыми зубьями, стальных, среднемодульных,
закрытого типа, обрабатываемых в условиях массового и серийного
машиностроительного производства.
455
а) б) в) г)
б)
ж)
з)
Рис. 4.5. Схемы насадочных цилиндрических зубчатых колес
внешнего зацепления:
а — одновенцовые плоские; б — одновенцовые имеющие венцы с
выступами; в — одновенцовые с одной ступицей; г — одновенцовые с двумя
ступицами; д — двухвенцовые (с различной конфигурацией); е — двухвенцовые с
одним венцом; ж — трехвенцовые (с различной конфигурацией); з — четы-
рехвенцовые (многовенцовые)
Насадные цилиндрические колеса внешнего зацепления и
многовенцовые колеса различных конструкций показаны на рис. 4.5. Валы-шестерни
подразделяют на односторонние и двусторонние (рис. 4.6).
Конические прямозубые зубчатые колеса по конфигурации можно
разделить на вал-шестерни (зубчатые колеса с хвостовиком) (рис. 4.7, а),
дисковые (рис. 4.7, б), со ступицей (рис. 4.7, в) и зубчатые колеса со сферической
опорной поверхностью (рис. 4.7, г).
4.1.2. Прямозубые цилиндрические колеса
Из миллионов выпускаемых зубчатых колес более 75 % приходится на
долю цилиндрических колес. Упрощенно ими называют колеса, зубья
которых сформированы (нарезаны) на цилиндрической поверхности заготовки.
Большинство из них подвергаются химико-термической обработке, так как
работают в тяжелых условиях.
Зубчатые колеса отличаются большим разнообразием по конфигурации,
размерности, точности обработки, материалам, применяемым методам
обработки и т.д.
Цилиндрические
зубчатые колеса можно
разделить на следующие группы:
монолитные колеса, венцы,
колеса дисковые, колеса
^ ' сложной формы, сложные
Рис. 4.6. Схема вала-шестерни: валы-колеса, полые валы-
- односторонний вал; б — двусторонний вал колеса. Дисковые колеса
ей-— В
456
а) б) в) г)
Рис. 4.7. Схемы прямозубых колес:
а — валы-шестерни; б — дисковые колеса; в — дисковые колеса со ступицей;
г — дисковые колеса со сферической опорной поверхностью
занимают ведущее место и выполняются в основном для наружного
зацепления.
У прямозубых колес зубья расположены параллельно оси вращения,
следовательно, отсутствуют осевые силы. Это положение является важной
эксплуатационной характеристикой, так как в процессе работы на колеса не
действуют осевые силы, вызывающие их смещение, в то же время они
способны передавать большую мощность. На плавность зацепления оказывают
влияние ошибки окружного шага и погрешности профиля зубьев колес.
Центрирование базового отверстия таких колес проводится по
цилиндрической поверхности, по прямобочным или эвольвентным шлицам или, что
значительно реже, по конической поверхности.
Важным геометрическим параметром зубчатых колес является
расстояние между одноименными профилями зубьев, причем это расстояние
зависит от того, вдоль какой окружности оно измеряется. Другими словами, это
шаг / по любой окружности (с радиусом г) можно оценить величиной от
деления длины окружности на число зубьев Z:
2 яг
/ = .
Z
В эту величину входит трансцендентное число я, которое, как известно,
не определяется конечной дробью. Поэтому шаг не может быть
рациональным числом. Трансцендентное (от лат. transcendo — выхожу за пределы)
число — неудовлетворяющее никакому алгебраическому уравнению с
целыми коэффициентами. Таким и является число я = 3,14159.
В связи с этим за базовый параметр принят модуль, т. е. величина
равная tin. Модуль для прямозубых цилиндрических колес определяется по
следующей формуле:
где dA — диаметр делительной окружности; Z — число зубьев колеса; / —
окружной шаг зацепления.
457
Таким образом, модулем называется часть диаметра делительной
окружности, приходящаяся на один зуб колеса. Модуль зубчатого колеса
измеряется в мм. Мелкомодульными считаются зубчатые колеса с модулем
менее 1 мм, среднемодульными — колеса с модулем от 1 мм до 10 мм и
крупномодульными — колеса с модулем выше 10 мм.
Модуль т и число зубьев Z являются важнейшими параметрами для
расчета, контроля и производства зубчатых колес. Это наглядно видно, в
частности, из определений таких основных характеристик прямозубых
цилиндрических зубчатых колес, как делительная окружность, окружной шаг,
окружность выступов и впадин, высота головки и ножки зуба и т. д. (см. рис. 4.1).
Делительной окружностью da называется окружность зубчатого колеса,
на которой шаг и угол зацепления соответственно равны шагу и углу
зацепления исходной (зубчатой) рейки (da = mZ = De -2m). Другими словами,
делительной окружностью является такая окружность, диаметр которой
равен модулю, умноженному на число зубьев колеса. Делительная и начальная
окружности совпадают для некоррегированных колес. В большинстве
случаев колеса коррегированы. Причем следует учитывать, что делительная
окружность имеет определенный диаметр, а начальная окружность вполне
определенна только для пары — колесо и шестерня.
С изменением межцентрового расстояния изменяется и диаметр
начальных окружностей, ведь они обязательно касаются друг друга.
Окружным шагом / называется расстояние между соседними
одноименными профилями зубьев, измеренное по дуге любой концентричной
окружности, близко расположенной к делительной окружности (/ = пт).
Окружностью выступов da является окружность заготовки, на которой
будут нарезаться зубья колеса [de =dR+ 2т).
Окружностью впадин d/ является окружность, проведенная по
впадинам между нарезаемыми зубьями, относительно центра зубчатого колеса
(df = m(Z + 2)).
Высота головки зуба ha определяется как расстояние между начальной
окружностью и окружностью выступов, а высота ножки зуба h/ — как
расстояние между начальной окружностью и окружностью впадин.
Вращение в зубчатом зацеплении передается давлением боковых
поверхностей зубьев колес от ведущего к ведомому. Для обеспечения
радиального зазора (О высота ножки зуба делается больше высоты головки на
величину этого зазора (радиальный зазор равен 0,25). Формула для
определения высоты ножки зуба будет иметь вид
hf = т + 0,25т = 1,25т.
Следовательно, высота зуба h будет определяться расстоянием между
окружностями выступов и впадин (h = h + hj = 2,25т).
458
Эти определения наглядно подтверждают важность такого параметра
как модуль при проектировании и производстве зубчатых колес.
В странах, где применяют двойную систему мер измерения
(метрическую и неметрическую), вместо модуля принят дюймовый питч
V
Z
В
дУ
зависимости от шага, принятого в основании системы, различают
диаметральный, окружной и хордальный питч (pitch — шаг). Наибольшее
распространение получил диаметральный питч {Dp), единицей измерения которого
является дюйм (1" = 25,4мм). Диаметральным питчем является число
зубьев колеса, приходящееся на один дюйм* диаметра делительной окружности.
Взаимосвязь питча (шага) и модуля определяется по формулам:
Dp =
25,4
т
25,4
или
т = ■
Я
4.1.3. Прямозубые конические зубчатые колеса
Конические зубчатые колеса с прямыми зубьями обычно передают
небольшие постоянные нагрузки, они компактны и себестоимость их невелика.
Коническим зубчатым колесом с прямыми зубьями называется
коническое колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке
делительного конуса являются
прямые, проходящие через его
вершины (рис. 4.8, а).
Коническим зубчатым колесом с
прямыми зубьями кругового
профиля называется
коническое зубчатое колесо с
приближенно торцевым
профилем зубьев, боковые
поверхности которых образованы
Рис. 4.8. Элементы и параметры конических
зубчатых колес
Напомним, что дюйм является единицей длины используемой в США,
Великобритании, Франции и других странах. Вначале дюйм определялся как длина
последней фаланги большого пальца мужской руки, а в 1324 г. король Англии Эдвард
определил более точную единицу измерения «законный дюйм» равный трем
ячменным зернам вынутым из средней части колоса и соединенных (приставленных) одно
к другому концами. В 1895 г. в Англии был принят «промышленный дюйм» равный
2,539978 см, затем в 1924 г. — «научный дюйм», равный 2,5399956 см. В настоящее
время дюйм равен 2,54 см, т. е. 2,54 • 10~2 м. В России единица длины дюйм
появился в XVIII в. и равнялся 2,54 делился на 10 линий или 100 точек (отсюда и название
винтовки — трехлинейка, т. е. три линии 0,254 ■ 3 = 7,62 мм).
459
огибанием поверхности инструмента, совершая плоское движение:
вращательное вокруг оси инструмента и поступательное вдоль зуба конического
зубчатого колеса (рис. 4.8, б).
Расчет геометрии прямозубых конических передач должен
проводиться для линейных размеров с точностью не ниже 0,0001 мм, отвлеченных
величин не ниже 0,0001, угловые размеры с точностью не ниже Г,
тригонометрические величины с точностью не ниже 0,00001. Основными
исходными данными для расчета являются: внешний окружной модуль те,
число зубьев на шестерне Z\ и колеса Z2, межосевой угол I и внешний
торцевой исходный контур, включающий в себя ряд параметров (угол
профиля, коэффициент высоты головки и т. д.). В расчет параметров
передачи включается определение среднего окружного модуля т,
вычисляемого по формуле:
R
т = т—,
Ке
где R — среднее конусное расстояние; Re — внешнее конусное расстояние и
внутренний окружной модуль.
Для расчета наладочных данных определяется внутренний окружной
модуль
Re~b
Ке
где Ъ — ширина зубчатого венца.
Конические зубчатые колеса несколько сложнее в расчетах, чем
цилиндрические и требуют свободного владения терминологией. Нормальным модулем
т„ зубьев конического зубчатого колеса назьгоается линейная величина, в л раз
меньшая нормального шага зубьев конического зубчатого колеса.
Конусом вершин зубьев называется поверхность вершин зубьев
конического зубчатого колеса, делительным конусом — делительная поверхность
конического зубчатого колеса, конусом впадин — поверхность впадин
конического зубчатого колеса. В некоторых видах конических колес форма дна
впадины по технологическим причинам отличается от конической.
Внешним торцом венца называется торец зубчатого венца конического
зубчатого колеса, наиболее удаленный от его вершины. Внутренним
называется торец зубчатого венца конического зубчатого колеса, наименее
удаленный от его вершины.
Шириной зубчатого венца Ъ называется расстояние между внешним и
внутренним торцевыми сечениями конического зубчатого колеса (рис. 4.9, а).
Базовая плоскость — плоскость, перпендикулярная оси конического
зубчатого колеса, используемая в качестве базовой при его обработке,
монтажа и контроле. Базовым расстоянием А является расстояние от вершины
конического зубчатого колеса до его базовой плоскости (рис. 4.9, б).
460
Вммешмий торец венца
Конус впадин
Конус вершин
Делительный
конус
V
Внутренний торец венца
а)
Базовая
плоскость
Расстояние от базовой
плоскости до плоскости
внешней окружности
вершин зубьев
Расстояние от вершин
до плоскости внешней
окружности вершин зубьев Базовое расстояние
б)
Рис. 4.9. Элементы и параметры конических зубчатых колес
Государственным стандартом на конические передачи установлено
двенадцать степеней точности, для 1, 2 и 3 допуски не даны, они
предусмотрены для будущего развития. Для каждой степени точности, плавности работы
и контакта зубьев установлены свои нормы, допускается и комбинирование
норм кинематической точности. Установлено шесть видов сопряжении
зубчатых колес в передаче, обозначаемых в порядке убывания
гарантированного бокового зазора буквами А, В, С, D, Е, Н. 7-я степень точности с видом
сопряжения С обозначается следующим образом: 7 С ГОСТ 1758-81.
Комбинирование норм разных степеней точности обозначается
последовательным написанием трех цифр и буквы. Например обозначение 8-7-6-В
ГОСТ 1758-81 расшифровывается: коническая передача должна
соответствовать 8-й степени точности, по плавности работы — 7-й, по контакту
зубьев — 6-й степени с видом сопряжения В.
Предусмотрены пять видов допусков на боковой зазор (в зависимости
от биения зубчатого венца), они обозначаются буквами a, b, с, d, h.
Рекомендуемые стандартом сочетания видов допусков на боковой зазор с видами
сопряжения представлены ниже:
Вид сопряжения А В С D Е Н
Вид допуска на боковой зазор.... а в с d h
При индивидуальном комплектовании пар зубчатых колес допускается
принимать действительную толщину зуба одного из зубчатых колес
передачи за номинальную. Показателями, определяющими гарантированный
боковой зазор, являются предельные отклонения межосевого угла передачи Ez,
наименьшее отклонение средней постоянной хорды зубьев шестерен и
колеса ESCs и допуски на них Tsc.
Известно, что чем большее число зубьев находится в работе, тем
больше износостойкость шестерен. Поэтому в зацеплении должна находиться
минимум одна пара зубьев.
461
4.1.4. Надежность зубчатых колес
Надежность — свойство изделия, заключающееся в его способности
сохранять технические параметры во времени. Надежность закладывается
при проектировании зубчатых колес и при обработке конструкции на
технологичность. Она обеспечивается уровнем и стабильностью технологических
процессов механической и химико-термической обработки, сборки и
контроля зубчатых передач и поддерживается в процессе эксплуатации.
Недостаточная надежность зубчатых передач приносит большие материальные и
моральные потери, но в то же время увеличение надежности требует
дополнительных затрат средств и времени.
Зубчатые колеса могут выходить из строя вследствие излома зуба,
разрушения его рабочей поверхности, износа или усталостного выкрашивания
и других причин. Повышение затрат при разработке и изготовлении
зубчатых колес уменьшит затраты на их эксплуатацию. Поэтому необходимо
выявить оптимальный уровень надежности, превышение которого становится
экономически невыгодным. Учитывая, что надежность зубчатых передач —
это свойство сохранять во времени в заданных пределах значения всех
параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в
определенном режиме работы, технического обслуживания, ремонта,
хранения и транспортирования, необходимо проведение экономического анализа
эффективности мероприятий по увеличению надежности на всех стадиях
перехода изделия из исправного состояния в неработоспособное.
Надежность предполагает безотказность, долговечность, возможность
ремонта и сохраняемость. Безотказность характеризуется количеством
выявленных отказов в определенный интервал времени; долговечность —
сохранением работоспособности до предельного состояния при установленной
системе технического обслуживания и ремонта. Чем больше наработка
зубчатых передач до наступления предельного износа (состояния) зубчатых
колес, тем больше их долговечность. Показателями долговечности являются
ресурс и срок службы изделия. Ремонтопригодность характеризуется
эксплуатационной технологичностью.
Сохраняемость проявляется в безотказности после транспортировки и
хранения. После изготовления или сборки зубчатые колеса часто не
попадают сразу в эксплуатацию. Они хранятся на складах цеха, завода, торговых
организаций или у заказчика. Механические, климатические воздействия
практически неизбежны и это следует учитывать.
Разрушение зубьев — результат погрешностей, вызванных
проектированием, технологией обработки и сборки, условиями эксплуатации и рядом
других причин. Чаще встречается разрушение поверхностного слоя зубьев,
реже — их излом, который может возникнуть от усталости, значительного
износа или перегрузки. Разрушение рабочей поверхности зубьев —
результат износа, абразивного износа, заедания, задира, выкрашивания,
растрескивания, пластической деформации, ряби и других факторов.
462
С целью снижения габаритов зубчатых передач повышают контактную
прочность поверхности зубьев химико-термическим упрочнением. При
большой твердости боковых сторон зубьев и вязкости сердцевины колеса,
необходимо рассчитывать зубья на изгиб и контактные напряжения. В
одной из частей рабочей поверхности зуба может возникнуть смещение пятна
контакта зубьев колес. Вид смещения и форма пятна контакта может носить
самый разнообразный характер. Причиной этих явлений являются
погрешности допущенные при изготовлении шестерен и их сборке.
Контактная прочность тем выше, чем тверже рабочие поверхности
зубьев сопрягаемых колес. Концентрация напряжений возникает у корня
зуба, т. е. в месте перехода от зуба к ободу. Повышение прочности шестерен
на изгибание достигается за счет увеличения модуля с одновременным
уменьшением числа зубьев. Необходимо обеспечить условия, исключающие
подрезание и заострение зубьев, уменьшение радиуса кривизны переходной
кривой у основания зуба. Точной обработкой и упрочнением рабочих
поверхностей и переходной зоны у корня зуба также можно повысить изгиб-
ную прочность зубчатых колес.
Циклические нагрузки вызывают усталость металла (материала) детали,
могут появиться усталостные трещины. Чаще это случается при
неоднородности материала и микроструктуре (определяющей пластичность металла).
Факторами, влияющими на рост усталостных трещин, считаются технологичность
конструкций, технология обработки, размеры, геометрия, характеристика
металла, его химический состав, микроструктура, легирующие элементы и др.
В результате переменных контактных напряжений возникают
усталостные трещинки, расположенные у полюса и на ножке зуба. Это явление
вызывается граничным трением, которое зависит от скорости скольжения.
Если скорость скольжения близка к нулю, то сила трения достигает
наибольшей величины. Среди факторов, определяющих динамические усилия,
действующие на зубья, могут быть допущенные технологические ошибки,
ошибки сборки и эксплуатации.
Для оценки показателей надежности по статистическим данным
определяется количество отказов. Различают внезапные и постепенные отказы.
Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений
одного или нескольких заданных параметров изделия (например,
выкрашиванием или поломкой зуба), постепенные отказы — постепенным
изменением исходного или нескольких параметров зубчатого колеса, вызванных
изнашиванием рабочих поверхностей, усталостью и старением металла. Износ —
главная причина разрушения зубчатых колес.
4.1.5. Технологичность, унификация и стандартизация
конструкции зубчатых колес
Технологичность — совокупность свойств конструкции, определяющих
ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве,
463
эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте при заданных
показателях качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Стандартизация и унификация агрегатов позволяет оптимизировать
номенклатуру изделий и достичь экономической эффективности при
проектировании, производстве и эксплуатации. Например, уровень унификации
автомобилей составляет примерно 80 %. Стандарты ЕСТПП (единая система
технологической подготовки производства) обязывают отрабатывать новые
конструкции изделий на технологичность на всех стадиях их создания и
производства. Стандартной считается деталь, конструкция которой
регламентирована государственными, республиканскими или отраслевыми стандартами.
Производственные особенности конкретного предприятия часто
диктуют свои условия. Исполнителями при отработке конструкции изделия на
технологичность являются разработчики конструкторской и
технологической документации.
Общая технологичность конструкции включает производственную,
ремонтную и эксплуатационную.
Показатели технологичности могут быть количественными и
качественными. Номенклатура показателей, применяемых при сравнении
вариантов конструкций на стадии разработки, может и должна оцениваться не
только количественными, но и качественными показателями.
Качественная оценка — это оценка соответствия принимаемых решений
требованиям оптимальных технологических процессов. При этом
формируются технические требования, рекомендации, систематизированная
информация, позволяющая сделать правильный выбор на базе уже имеющегося
опыта. Качественные показатели зубчатых колес начинают закладываться с
момента получения технического задания на проектирование и создаются на
протяжении всего технологического процесса изготовления.
Количественная и качественная оценки технологичности приводятся при сопоставлении
с аналогами. Новая конструкция изделия обладает определенными
показателями качества. Следовательно, при сравнении нового варианта с базовым
необходимо определить и сравнить количественные характеристики
качества изделий. Существует 11 показателей технологичности конструкции изделий:
трудоемкость изготовления;
удельная материалоемкость;
технологическая себестоимость;
средняя оперативная трудоемкость изготовления (ремонта);
средняя оперативная стоимость технического обслуживания (ремонта);
средняя оперативная продолжительность технического обслуживания
(ремонта);
удельная трудоемкость изготовления;
трудоемкость монтажа;
коэффициент применяемости материала;
коэффициент унификации конструктивных элементов;
коэффициент сборности.
464
Необходимо учитывать минимальное, но достаточное для оценки
технологичности, количество показателей.
Если изменение конструкции не диктуется рынком сбыта, не вносит
значительных результатов в экономические, производственные и
эксплуатационные показатели, то его не следует проводить, так как это обычно
вызывает повышение затрат в производстве, эксплуатации и ремонте.
Анализ взаимосвязи конструкций изделий с технологией их
изготовления, сборки, эксплуатации, ремонта и утилизации показывает, что на
практике многие из них не подвергались тщательной обработке на
технологичность. Такая обработка должна проводится на все изделия в целом,
например, на коробку перемены передач и отдельные зубчатые колеса и т. д. При
этом следует учитывать, что технологичные зубчатые колеса,
изготавливаемые в условиях массового производства, могут быть нетехнологичными в
условиях мелкосерийного производства и наоборот. Поэтому, отрабатывая
изделие на технологичность необходимо учитывать специфику данного
производства и формировать при этом условия перспективного развития
технологического процесса.
Признаком высокой технологичности конструкции зубчатых колес
является их полная взаимозаменяемость, достичь которой можно лишь при
высококачественной обработке всех рабочих поверхностей колес.
В работах, посвященных методам обработки зубчатых колес,
приводятся некоторые рекомендации к совершенствованию их конструкций. В
частности, в условиях массового производства при отработке зубчатых колес на
технологичность, изменение в конструкции следует вносить с учетом
возможности использования комбинированных способов воздействия с простой
кинематической характеристикой. Не рекомендуется проектировать
зубчатые колеса с неравножесткой ступицей. Так как при протягивании отверстий
это скажется на точности обработки. Опорный торец должен обеспечивать
устойчивость заготовки, а не располагаться далеко от венца.
Зубчатые колеса с двумя венцами рекомендуется выполнять с таким
расчетом, чтобы расстояние между зубчатыми венцами было достаточным
для выхода червячной фрезы. Объясняется это тем, что точность и
производительность обработки червячной фрезы выше, чем у долбяка.
Если конструкция зубчатого венца закрыта для выхода инструмента, то
обработка зубьев возможна только долблением. Не рекомендуется
проектировать зубчатые колеса с тонкостенными ступицами и располагать в них
шпоночный паз напротив или близко к впадине зуба. Жесткие монолитные
колеса позволяют избежать дополнительных погрешностей, связанных с
конструкцией, при механической и термической обработке.
При выборе метода обработки следует учитывать экономические
качественные показатели каждого из методов обработки (табл. 4.1).
Рекомендуется проектировать цилиндрические зубчатые колеса с
нечетным числом зубьев, что позволит использовать двухзаходные фрезы, а
следовательно, повысить производительность процесса зубофрезерования.
465
Эксплуатационные характеристики колес в значительной степени зависят от
качества поверхностного слоя их рабочих поверхностей.
Таблица 4.1
Метод обработки
Зубонарезание долбяками
Зубонарезание фрезами:
модульными
червячными
Протягивание
Шевингование
Накатывание
Обкатывание
Шлифование
Притирка
Параметры шероховатости
Ra, мкм
1,6...3,2
6,3...12,5
3,2...6,3
0,8...1,6
0,63... 1,25
0,8...2,0
0,32... 1,0
0,5...1,25
0,1...0,5
Sm, мм
0,2... 1,25
1,25...5,0
0,32...1,6
0,08...2,0
0,125...0,5
0,08...5,0
0,063...2,0
0,04...0,1
0,032...0,5
S, мм
0,125...1,25
1,0...5,0
0,2...1,6
0,05...2,0
0,08...0,5
0,063...5,0
0,032... 1,75
0,025...0,063
0,02...0,16
При простановке размеров не должно быть замкнутых размерных цепей
с допусками. Размерные цепи составляются таким образом, чтобы ошибки
измерения не складывались, а обеспечивалось получение заданного размера
по настроечной операции в заданных пределах точности. При этом
необходимо учитывать возможность наиболее простого их измерения. Сама
система простановки размеров должна обеспечивать совмещение
конструкторских и технологических баз, т. е. установочный торец должен быть базовым,
иметь удобную установку на станке и обеспечивать максимальную
доступность ко всем обрабатываемым поверхностям.
Технологичность конструкции зубчатых колес зависит и от того
насколько сохраняется преемственность нового решения для сохранения
конструкторских, технологических и измерительных баз. Следует использовать
по возможности унифицированные посадки, диаметры и формы шпоночных
и шлицевых отверстий. При назначении допусков и шероховатости на
отдельные поверхности необходимо учитывать конкретные производственные
условия и возможности применения различных конструктивных и
технологических решений и не допускать необоснованного ужесточения требований
к обрабатываемым поверхностям.
Надо стремиться к тому, чтобы число поверхностей, подлежащих
обработке, было минимальным, а конструкция зубчатого колеса имела простые,
открытые для обработки, геометрические формы и удобно расположенные
для применения производительного инструмента.
При выборе конструкции следует стремиться и к тому, чтобы сечения
зубчатого колеса не имели значительной разности по толщине стенок, а их
форма и расположение и жесткость не требовали применения специальных
приспособлений для обработки на станках (даже при использовании
деформирующего инструмента). Желательно обеспечить жесткую кинематиче-
466
скую связь между инструментом и зубчатым колесом, что позволит
достигнуть более высоких качественных показателей процесса обработки.
Качество рабочих поверхностей зубчатых колес значительно
повышается, например, если вместо зубошлифования, при котором возможны прижо-
ги и трещины, применять более производительный и лишенных этих
недостатков процесс зубошевингования. За счет уменьшения модуля зубчатого
колеса можно уменьшить общую трудоемкость изготовления зубчатых
колес и штучное время на его обработку.
Снижение трудоемкости с одновременным повышением точности и
прочности зубчатых колес невозможно обеспечить без учета взаимосвязи
конструкций, материала, способа получения исходной заготовки,
термической обработки, выбранных методов обработки зубьев, комплексного
контроля зубчатых колес. Эта взаимосвязь является основой при отработке
зубчатых колес на технологичность.
Конструкция зубчатых колес должна предусматривать возможность
автоматизации механической обработки и сборки. Обеспечение при
конструировании условия, при котором центр тяжести зубчатых колес будет
располагаться ближе к базовому торцу, а число и площадь обрабатываемых
поверхностей будет минимальна, позволит упростить процесс автоматизации их
производства и сборки.
При использовании роботов и манипуляторов (с системой опознавания
конструкций) зубчатые колеса должны иметь признаки для их
распознавания с учетом возможностей применяемой системы (это не должно
осложнять саму конструкцию колес). Известно, что при повышении прочности
зубчатых колес путем химико-термического упрочнения, снижаются
точностные показатели. Поэтому, по возможности, следует исключать
термохимическое упрочнение из маршрута обработки. Если сделать это
невозможно, то необходимо свести к минимуму его влияние, а затем оценить степень
снижения точностных показателей и учесть при построении дальнейшего
технологического процесса.
Зубообрабатывающий инструмент, применяемый до термообработки,
должен корригироваться по профилю, в зависимости от деформации
зубчатого колеса, возникающей в процессе термообработки. Заготовка зубчатого
колеса должна иметь удобную для захвата роботом поверхность, при этом
следует учитывать, что конструкция захватных органов роботов и
манипуляторов унифицирована и зависит от конструкции заготовок и их массы.
Использование ГАПС (гибкой автоматической производственной
системы) зависит от степени отработки конструкции зубчатых колес на
технологичность. Известно, что чем больше требуется от ГАПС гибкости, тем она
дороже. Конструкция зубчатых колес, методы получения исходной
заготовки, обработки базового отверстия, рабочих поверхностей зубьев колес
оказывают прямое влияние на рентабельность ГАПС. Методы статистического
контроля здесь не приемлемы, и поэтому необходимо предусмотреть
активный контроль качества обрабатываемых поверхностей зубчатых колес.
467
Взаимосвязь конструкции зубчатых колес и технологий их изготовления —
неразрывна. В частности, процесс получения заготовки является одним из
важнейших этапов формирования общей себестоимости зубчатых колес.
Поиск оптимальных технико-экономических границ области применения
прогрессивных технологических процессов получения заготовок является
одной из наиболее сложных задач при оценке технологичности конструкции.
В массовом производстве благодаря приближению формы заготовок к
готовой детали, трудоемкость изготовления деталей в 2 раза меньше, чем в
мелкосерийном производстве.
Исходные заготовки зубчатых колес с формированными зубьями и
прошитым отверстиям, позволяют исключить процессы сверления и зенкерова-
ния отверстий и черновое нарезание зубьев, следовательно, снижается
потребность в дополнительном оборудовании, инструменте, снижаются затраты
на материал, энергоресурсы, высвобождаются производственные площади.
4.1.6. Заготовки зубчатых колес
Желательно, чтобы конструкции заготовок были приближены по форме
и размерам к готовой детали и имели простую геометрическую форму с
плавными переходами (в крупносерийном производстве). Для
штампованных заготовок форма линий разъема штампа должна лежать в одной
плоскости и не препятствовать извлечению заготовок из штампа.
К основным процессам малоотходного производства заготовок можно
отнести холодно-тепловую штамповку, поперечно-клиновую прокатку,
штамповку в многопозиционных горячевысадочных автоматах, горячую
накатку и штамповку с формированием зубьев, метод порошковой металлургии.
Необходимо обеспечить хорошую обрабатываемость применяемых
материалов, унификацию, стандартизацию и нормализацию конструкций,
возможность применения прогрессивных методов и процессов получения
исходных заготовок, в том числе автоматизацию большинства процессов
механической обработки.
Выбор марки материала для изготовления зубчатых колес зависит от
условий эксплуатации колес, передаваемых нагрузок, скоростей вращения,
требований к долговечности, износу, прочности, обрабатываемости,
короблению при термической обработке, стойкости против питтинга
(усталостного выкрашивания) и конечно стоимости. Иногда экономия затрат на
материал заготовки выливается в значительные дополнительные расходы, поэтому
часто целесообразнее использовать более дорогие легированные стали и
оценивать правильность выбора по конечным результатам. Питтинг, как
усталостная прочность зубьев колес, в значительной мере зависит от размера,
остаточных напряжений и шероховатости рабочих поверхностей зубьев.
Благодаря термической обработке (азотированию или цементации)
можно получить благоприятные напряжения у основания зуба. При про-
468
изводстве зубчатых колес применяют следующие марки стали:
углеродистые стали — 40, 45, 50; хромистые — 20Х, 35Х, 40Х; средне- и
высоколегированные стали — 18ХГ, 18ХГТ, 30ХГС, 25ХГТ, 12ХНЗА, 12Х2Н4А,
20ХН, 40ХН, 18ХНМА, 20ХМ, 25ХГНМ, 18Х2Н4МА, 25ХГНМТ, 38ХМЮА,
38Х2МЮА, 38ХЮАС, 35ХНЮА, 38ХВФЮ и др.
Подавляющее большинство зубчатых колес изготавливают из стали.
Чугун применяют для изготовления крупногабаритных колес тихоходных
открытых передач. Пластмассовое зубчатое колесо применяют обычно в
качестве одного из пары сопрягаемых колес в малонагруженных передачах.
Такие колеса обеспечивают бесшумность, менее чуствительны к неточностям
сборки и легко прирабатываются. Применение чугунных и пластмассовых
зубчатых колес в машиностроении ограничено.
Не нашли широкого применения в машиностроении и углеродистые
стали из-за их низкой прочности и значительного коробления после химико-
термического упрочнения. Легирование хромом, никелем, молибденом
сталей с содержанием углерода от 0,15 до 0,25 % при их цементации позволяет
добиться лучшего качества зубчатых колес.
Низкий процент содержания углерода позволяет получить
максимальную вязкость зубьев; высокое содержание углерода —
максимальную прочность сердцевины. Хром усиливает действие углерода,
расширяет предел упругости, повышает твердость, прочность на разрыв, прока-
ливаемость и износостойкость. Никель позволяет расширить предел
упругости и увеличить как ударную прочность, так и прочность на
разрыв, износостойкость и усталостную прочность. Важным свойством
никеля, как легирующего элемента, является то, что он способствует
обеспечению нужных свойств сердцевине зуба и уменьшает деформацию
зубьев. Молибден в качестве легирующего элемента увеличивает прока-
ливаемость стали.
Цементация на глубину до 1...2 мм и последующая закалка
обеспечивают высокую твердость рабочих поверхностей зубьев колес. Цементации
подвергаются обычно следующие марки сталей: 18Х2Н4ВА, 18ХГТ,
12ХНЗА и другие с содержанием углерода до 0,25 %.
Высокую твердость можно получить и азотированием сталей 38ХМЮА,
38ХВФЮ, 38Х2МЮА. Этот процесс позволяет избежать коробления зубьев,
но занимает много времени, и не для всех сталей возможно его применение.
У среднелегированных сталей типа ЗОХГТ поверхностная твердость зубьев
достигается и путем цианирования с последующей закалкой.
Марку стали для зубчатых колес выбирают исходя из условий работы
зубчатых колес. Например, зубчатые колеса в коробках передач
автомобилей средней грузоподъемности можно изготавливать из стали 18ХГГ, а
при более значительных перегрузках — из сталей 18ХНВА, 12Х2НЗА,
12Х2Н4А. При соответствующей термической обработке (цементация,
закалка и отпуск) эти материалы обеспечивают высокую твердость (до
62 НКСЭ), прочность и износостойкость.
469
Марганцовистые и хромистые стали применяют для зубчатых колес,
воспринимающих кратковременные перегрузки и незначительные по
величине. Легированные стали с малым содержанием углерода (до 0,25%) — для
зубчатых колес, воспринимающих длительные перегрузки и значительные
по величине.
Как видим, точное зубчатое колесо начинается с выбора исходной
заготовки, тип которой зависит от программы ее выпуска, размеров и веса
зубчатого колеса.
Для большинства зубчатых стальных колес массового и серийного
производства исходными заготовками являются поковки, полученные горячей
штамповкой. Для получения заготовок с формированным зубом
применяется метод накатывания зубьев цилиндрических колес за счет пластической
деформации металла заготовки (в условиях массового и крупносерийного
производства). После горячего накатывания радиальное биение, колебание
длины общей нормали и другие точностные характеристики зубчатых колес
колеблются в широких пределах (0,5... 1,0 мм), а припуск составляет
примерно 2 мм на сторону зуба.
При накатывании можно достигнуть рационального направления
волокон и повышения прочности зубьев, снижения затрат на механическую
обработку и дорогостоящий металл. Холодное накатывание зубчатых колес
сопровождается изменением структуры и физико-механических свойств
исходной заготовки. Величина твердости зависит от материала заготовки, а
характер ее распределения по профилю накатанного зуба в большинстве
случаев равномерный.
Горячая штамповка заготовок с прямыми зубьями применяется, в
частности, для полуосевых и стеллитовых конических колес с модулем 5 мм и
выше, при этом расход металла сокращается на 20...25 %. Обработка
ведется в два (осадка и формообразование) или три перехода (осадка,
предварительное и окончательное формообразование). Более высокая точность
достигается при штамповке в три прохода. Важным условием получения
хорошего качества заготовки считается «замковая» конструкция штампу, в
которой верхняя часть центрируется по нижней части штампа, не допуская
значительных смещений по линии разъема.
Качество штамповки заготовок оказывает влияние на стойкость
обработки. Они очищаются от поверхностных дефектов, разрезаются,
нагреваются, подвергаются термообработке, в них прошиваются отверстия и
др. Чтобы улучшить обрабатываемость заготовки и снизить уровень
деформаций при последующей химико-термической обработке штампованные
заготовки подвергаются нормализации или отжигу, при этом твердость
заготовок должна соответствовать 170-207 НВ. В то же время следует
учитывать, что подавляющее большинство цилиндрических колес изготавливается
без предварительно формированных зубьев.
Заготовки колес-дисков должны иметь отверстия, что значительно снижает
затраты на механическую обработку. Вместо обработки сверлением в сплош-
470
ном металле с последующим зенкерованием можно сразу производить
протягивание отверстий, что позволит значительно сократить количество
оборудования, инструмента, материала, высвободить производственные площади и т. д.
4.1.7. Базирование заготовок зубчатых колес
Волнистость и погрешность формы технологической базы может
вызвать погрешность достигаемого размера. При обработке цилиндрических
поверхностей или одновременно нескольких поверхностей в одной наладке
погрешность базирования может не оказывать влияния на точность
выполняемого размера. В остальных случаях погрешность базирования влияет на
точность размера и точность взаимного расположения поверхностей и не
влияет на точность формы выполняемого размера. При выборе
технологических баз необходимо руководствоваться следующими правилами.
1. Стремиться выполнить принцип «совмещения баз» — совместить
технологическую, измерительную и конструкторскую базы. В этом случае
погрешность базирования равна погрешности формы технологической базы.
2. Стремиться выполнить принцип «постоянства баз», т. е. по всему
технологическому процессу использовать в качестве баз одни и те же
поверхности.
3. Базовые поверхности должны иметь соответствующие размеры,
точность их взаимного расположения, точную установку и жесткость.
4. Следует учитывать погрешность угла взаимного положения
измерительной и технологической баз.
5. При механической обработке возникают упругие деформации,
поэтому базовые поверхности следует приближать к зубчатому венцу.
6. Черновую базовую поверхность следует использовать один раз на
первой установке (для высокоточных заготовок это правило не обязательно).
При обработке в центрах погрешность базирования равна смещению на
оси центровых гнезд относительно оси заготовки. С достаточной степенью
точности можно принять погрешность базирования от погрешности
зацентровки по формуле
Дбц=0,25Гд,
где Гд — допуск на диаметральный размер заготовки.
Таким образом, погрешность базирования при обработке в центрах
задается погрешностью зацентровки. Погрешностью зацентровки у точно
обработанных оправок можно пренебречь из-за малости ее величины.
Погрешностью закрепления в центрах из-за малости тоже можно пренебречь.
При установке заготовок на оправку с зазором погрешность базирования
определяется по формуле
\=Smm+T0+T3,
471
a) 6)
Рис. 4.10. Схема основных конструкторских (а)
и технологических (б) баз зубчатых колес:
/ — базовое отверстие колеса; 2 — базовый торец
колеса
где Smm — минимальный
зазор; Т0 — допуск на размер
отверстия; Тъ — допуск на
размер оправки (вала).
У цилиндрических
зубчатых колес-дисков в качестве
основных баз принимаются
отверстия и торец. Поэтому
опорный торец должен быть
выполнен строго
перпендикулярно базовому отверстию.
Значение базового отверстия возрастает с его длиной и уменьшается с
ее уменьшением, соответственно уменьшается или возрастает роль торца
как базы. Однако чем больше ширина колеса, чем больше длина отверстия,
тем меньше влияние торца при базировании и соответственно больше может
быть допуск на величину биения его относительно оси отверстия, и
наоборот. При обработке зубьев цилиндрических зубчатых колес в качестве
технологических следует использовать конструкторские базы.
Технологическими и конструкторскими базами насадных зубчатых колес являются
отверстие, торец (рис. 4.10).
Зубчатые колеса следует устанавливать в оправке без зазора, чтобы
исключить погрешность базирования. Погрешность приспособления возникает
в результате неточности его изготовления и установки на станке, действий
сил зажима и резания.
Зубчатые колеса со ступицей и шлицевым отверстием могут
базироваться (на операциях зубообработки) по ступице и торцу.
При базировании по чисто обработанному зубчатому венцу или отверстию
влияние радиального биения зубчатого колеса значительно снижается. Рабочие
поверхности зубьев являются хорошей базой для обработки зубчатых колес, но
в базировании должно участвовать как можно больше впадин между зубьями.
При установке заготовки в приспособлении необходимо обеспечивать
минимальный к равномерный зазор между базовыми поверхностями
зубчатого колеса и приспособления, но не за счет жестких допусков на отверстие,
а за счет беззазорной установки заготовок в приспособлении.
Доля влияния погрешности баз на достигаемые точностные показатели
обрабатываемых зубчатых колес представлена в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Точностные параметры зубьев
Погрешность профиля зуба
Накопленная погрешность шага
Колебание измерительного межосевого
расстояния за оборот колеса
Погрешность направления зуба
Доля влияния погрешности баз, %
1...4
26...29
40...60
25...75
472
При обработке зубчатых колес обычно требуется многократная смена
баз. Для колес, у которых длина базового отверстия больше его диаметра,
отверстие служит двойной направляющей базой, а торец опорной базой.
Базовое отверстие венцовых зубчатых колес всегда является двойной опорной
базой, а торец — установочной базой. Для колес, выполненных в виде вала-
шестерни, двойная направляющая и опорная база реализованы в виде
центровых отверстий.
Погрешность базирования может возникнуть при несовпадении оси
отверстия и венца колеса. Эксцентриситет и перекос оси базового отверстия
относительно оси вращения колеса на станке из-за зазоров в оправке или
биение торца и оправке также могут вызвать неопределенность
базирования. При обработке зубьев различными методами зубчатые колеса
базируются по отверстию и торцу.
4.1.8. Методы копирования и обкатки
Метод копирования и обкатки (обката) широко распространены при
обработке зубчатых колес, хотя охватывают все случаи формообразования
обрабатываемых поверхностей. При копировании форма режущей кромки
инструмента копирует образуемую им поверхность, например, режущую
кромку фасонного токарного резца можно совместить с соответствующей
линией на образуемой поверхности. В большинстве же случаев и в
частности при зубонарезании на образуемую поверхность копируется не режущая
кромка, а линия контакта режущей или производящей поверхности.
Метод обкатки (касания) точнее можно назвать методом огибания, так
как образуемая поверхность получается как огибающая режущую или
деформирующую кромки инструмента.
Метод обкатки отличается от метода копирования только наличием
движения огибания. Режущая кромка часто копируется на обрабатываемой
поверхности, но ее формообразование обеспечивается движением огибания,
что сближает эти два метода обработки.
Фрезерование зубьев колес по методу обкатки было запатентовано в
1856 г., а в 1872 г. была подана заявка по методу обкатки. Постепенно этот
метод стал ведущим в области обработки зубчатых колес. Методом обкатки
одним и тем же инструментом можно обработать зубчатые колеса одного
модуля, но с разным числом зубьев.
Методами копирования и обкатки можно обеспечивать образование
заданного профиля как со снятием, так и без снятия материала, в «холодном»
и «горячем» состоянии обрабатываемого материала. Зуборезным
инструментом, работающим по методу копирования или обкатки можно
обрабатывать различные изделия (рис. 4.11). В машиностроении этим изделиям
уделяется наибольшее внимание из-за значительных программ их выпуска и
высоким требованиям к их рабочим поверхностям.
473
Изделия, обрабатываемые
зуборезным инструментом
Цилиндрические
зубчатые колеса
Конические
зубчатые колеса
Зубчатые колеса
зацепления Новикова
Червячные
колеса
Шлицевые
валы
Звездочки
Прочие изделия
Рассмотрим эти методы обработки на
примере нарезания цилиндрических зубчатых
колес (рис. 4.12).
Метод копирования — метод обработки
зубьев колес, при котором используется
инструмент, рабочий профиль которого
соответствует форме впадины между зубьями
зубчатого колеса. Режущие элементы
дисковых, модульных фрез или протяжек,
работающих по методу копирования, являются
копией впадины между зубьями колеса.
Форма профиля режущей кромки инструмента
зависит от модуля и числа зубьев нарезаемого
колеса. Существуют, в частности, наборы
дисковых модульных фрез. В наборе
учитывается модуль и диапазон чисел зубьев
нарезаемых колес. Например, с уменьшением
Рис. 4.11. Основные изделия, числа зубьев для одного и того же модуля
обрабатываемые зуборезным профиль режущих кромок фрезы делается
инструментом полнее, а с увеличением числа зубьев —
наоборот. Метод копирования осуществляется на горизонтально-,
вертикально- и универсально-фрезерных и протяжных станках.
Нарезание зубьев по методу копирования у цилиндрических колес
возможно, потому что у них профиль впадины во всех сечениях,
перпендикулярных оси колеса и образующей его делительный цилиндр, одинаков. У
конических колес — различен, поэтому если цилиндрическое колесо
нарезать фасонным, например, шлифовальным кругом, то коническое колесо по
методу копирования фасонным инструментом нарезать нельзя (рис. 4.13).
Общими для цилиндрических и конических зубчатых колес являются
методы нарезания зубьев дисковой (модульной) или пальцевой фрезой. Эти
методы недостаточно точны и производительны. Для прямозубых
конических колес используют круговое и круто-диагональное протягивание зубьев.
Этот метод обеспечивает более высокую точность и является одним из
самых производительных методов зубонарезания.
Метод обкатки (обката) — обработка зубьев колес, когда используется
инструмент, режущая кромка которого совершает такое взаимосвязанное с
заготовкой обкаточное движение, благодаря которому получается эволь-
вентный профиль колеса. В отличие от метода копирования, рабочий
профиль инструмента не является копией впадины между зубьями колеса и
представляет собой либо червяк, витки которого пересечены продольными
винтовыми канавками (червячные фрезы), либо напоминает форму
зубчатого колеса (зубчатый долбяк). Нарезание зубчатых колес по методу обкатки
является более экономически выгодно при серийном и массовом производстве
и обеспечивает изготовление более точных зубчатых колес. Исключением
474
Методы нарезания зубьев цилиндрических колес
Обкатывание
Копирование
I
Непрерывное
обкатывание
Точение зуборезными
обкаточными резцами
Долбление крутыми
долбяками
Фрезерование
червячными фрезами
Периодическое
обкатывание
Комплексное
копирование
J Протягивание
реечными протяжками
4
Долбление зуборезными
гребенками
Индивидуальное
копирование
Протягивание
кольцевыми протяжками
Долбление
многорезцовыми долбежками
Протягивание
круговыми протяжками
Протягивание круго-
диагональными
протяжками
Фрезерование
дисковыми фрезами
Фрезерование
пальцевыми фрезами
Рис. 4.12. Классификация методов нарезания зубьев цилиндрических колес
Инструмент, применяемый для обработки зубьев цилиндрических
и конических зубчатых колес
Цельный
Сборный
I
Стальной без
износостойких покрытий
Т
Твердосплавный без
износостойких покрытий
Стальной с
с износостойким покрытием
Твердосплавный
с износостойким покрытием
X
Работающий по методу
деления (копирования
одной впадины
между зубьями)
X
Работающий по методу
деления (копирования)
и обкатывания
Протяжки,обрабатывающие
впадину между зубьями
за один ход или наоборот
Фрезы дисковые
(модульные)
Фрезы пальцевые
(модульные)
Работающие по методу
обкатывания
Гребенки
для цилиндрических
зубчатых колес
Резцы строгальные
для конических
колес
Червячные фрезы
Долбяки
Инструмент для
зуботочения
Головки для
конических колес
Шеверы для
цилиндрических колес
X
Работающие
без обкатывания
и деления
Протяжки для цилиндричес-
-| ких колес, обрабатывающие
все зубья одновременно
Головки зубодолбежные,
обрабатывающие все
зубья одновременно
Рис. 4.13. Классификация инструмента, применяемого для обработки зубьев цилиндрических и конических колес
является процесс протягивания. Методом копирования в основном
изготавливают зубчатые колеса 9-11 степеней точности, более точные колеса
целесообразно обрабатывать методом обкатки.
Боковая поверхность зуба колеса, нарезанного способом обкатки,
формируется как огибающая ряда последовательных положений боковой
поверхности зуба производящего колеса в его движении относительно
заготовки. Этим объясняется второе название этого метода — метод огибания.
При этом способе имеются существенные различия при обработке
цилиндрических и конических зубчатых колес.
При обработке цилиндрических колес оси заготовки и производящего
колеса в станочном зацеплении параллельны, и аксоидами являются цилиндры.
Напомним, что аксоидная поверхность зубчатого колеса передачи есть каждая
из поверхностей, описываемых мгновенной осью относительно движения
зубчатых колес передачи, относящаяся к данному зубчатому колесу.
Мгновенной осью в зубчатой передаче с параллельными или пересекающимися
осями является воображаемая линия, вокруг которой происходит
мгновенное вращение зубчатого колеса; в зубчатой передаче со
скрещивающимися осями — воображаемая линия, вокруг которой происходит мгновенное
винтовое движение зубчатого колеса относительно его сопряженного
зубчатого колеса. Зубчатые колеса передачи с параллельными осями имеют
цилиндрические аксоидные поверхности, передачи со скрещивающимися осями —
гиперболоидные аксоидные поверхности.
В связи с тем, что терминология зубообработки достаточно сложна, а
объяснение терминов отрывает от основной идеи текста, в приложении
приведена основная терминология, установленная государственными
стандартами. Для удобства поиска термины расположены в алфавитном порядке.
Аксоид производящего колеса может иметь любой радиус. При
конечном радиусе аксоида производящее колесо имеет определенное число зубьев
(инструмент — долбяк). При этом число зубьев обрабатываемого колеса и
долбяка могут быть разными, они друг от друга не зависят, т. е.
определенное число зубьев колеса можно нарезать долбяками с разным числом зубьев,
и наоборот — одним долбяком можно нарезать разное число зубьев.
При бесконечно большом радиусе аксоид обратится в плоскость, в
нашем случае производящее колесо будет иметь бесконечно большое число
зубьев, т. е. превратится в рейку или гребенку червячной фрезы. Следует
учесть, что при обкатке одновременно участвуют в процессе обработки
обязательно несколько зубьев. Процесс обкатки совмещен с процессом
деления и переход от одного зуба к другому происходит непрерывно. В
этом состоит резкое отличие от метода копирования, где обработка
следующей впадины начинается только после того, как закончена обработка
предыдущей и наступает пауза на процесс деления между обработками
этих двух зубьев.
Основной шаг инструмента соответствует требуемому основному шагу
нарезаемого колеса. Следует заметить, что главное движение для червячной
477
фрезы — вращательное, для долбяка — поступательное все зубья
инструмента получают одновременно.
При нарезании конических зубчатых колес с прямым зубом методом
обката на заготовке производящему колесу необходимо сообщить главное
движение, обеспечивающее резание.
Вершины аксоидов в любой момент времени должны совпадать,
оставаясь неподвижными, производящему колесу в целом сообщить главное —
движение невозможно. Поэтому оно сообщается отдельным зубьям этого
колеса, т. е. инструменту. Таким образом, режущий инструмент при
обработке конических зубчатых колес с прямым зубом методом обката
имитирует только один зуб или одну впадину производящего колеса. Раз мы пришли
к выводу, что это — однозубый инструмент, то и главное движение
необходимо сообщить только одному зубу, а процесс перехода к следующему зубу
не связан с обкаткой.
В связи с тем, что движения заготовки и производящего колеса не
согласованы, то после нарезания одного зуба процесс прерывается и
происходит поворот заготовки для обработки следующего зуба, т. е. деление.
Нет связи между толщиной зуба и параметрами поверхности впадин
колеса. Одним и тем же комплектом резцов (в определенных пределах) можно
нарезать зубья колес с разными модулями. Целесообразно обрабатывать обе
впадины двумя резцами, работающими одновременно в одной или соседних
впадинах.
Метод обкатки для прямозубых конических колес целесообразен при
значительной кривизне профиля. При передаточных отношениях больше
четырех, профили зубьев конических колес близки к прямолинейным, и
поэтому в данном случае, целесообразнее использовать метод
копирования, например, кругодиагональное протягивание, производительность
которого в несколько раз выше. При методе копирования обработка зубьев
ведется инструментом, имеющим форму впадин между зубьями колеса.
Делительный механизм поворачивает заготовки от обработанной впадины
к следующей.
Основным недостатком метода копирования можно считать то, что при
необходимости внести любые коррективы в геометрию нарезаемых зубьев,
необходимо изготавливать новый инструмент, соответствующий только
этому профилю, что может окупаться только за счет высокой
производительности процесса и большой партии выпускаемых изделий (напомним,
что производительность — объем выпускаемой годной продукции в
единицу времени).
Метод обката более перспективен и производится инструментом,
имеющим профиль обрабатывающих зубьев аналогичный — зубчатому колесу или
рейке. При конструировании зуборезного инструмента, работающего по
методу обкатки, следует учитывать достигаемый радиус перехода двух впадин
зуба. Чем больше радиус выкружки, тем меньше коэффициент
концентрации напряжений у основания зубьев.
478
По методу
обработки
По методу
обката
По методу
копирования
По способу
воздействия
Со снятием
материала
Без снятия
материала
Комбинированием
I
Варианты зубообработки
По характеру
перехода
от обработки
одной
поверхности
к другой
С прерывным
делением
С
полупрерывным делением
I
По способу
профилирования
Точечное
С
непрерывным
делением
Линейчатое
Точечно-
линейчатое
Без
деления
I
По характеру
начальных
кривых
инструмента
Начальная
прямая
Начальная
окружность
с наружным
точечным
контактом
Начальная
окружность
с
внутренним
контактом
Начальная
окружность
(прямая)
инструмента,
совпадающая
с начальной
окружностью
(прямой)
изделия
По характеру
установки
инструмента
по отношению
к изделию
■ Свободная
Фиксированная
По характеру
установки
заготовки
Подвижная
Неподвижная
По
конструкции
инструмента
Со снятием
стружки
Без снятия
стружки
Деформированием
и резанием
Резанием
и
выглаживанием
С
наложением
ультрозвуко-
вых
колебаний
С
предварительным
нагревом
или
охлаждением
Рис. 4.14. Варианты обработки зубьев колес
К инструментам, работающим по методу деления относятся дисковые и
пальцевые фрезы, протяжки, обрабатывавшие одну впадину;
по методу обкатки — червячные фрезы и шевера;
по методу деления и обкатки — гребенки, резцы зубострогальные для
конических колес;
без обкатки и деления — протяжки, обрабатывающие все зубья
одновременно и долбежные головки.
Под варианты зубообработки разрабатывается технологическая
оснастка (рис. 4.14). В зависимости от конструктивных особенностей обработки,
инструмента, способа профилирования разрабатываются конструкции зубо-
обрабатывающего оборудования.
4.1.9. Оборудование для обработки зубчатых колес
По классификации металлорежущего оборудования зубообрабатываю-
щие станки относятся к пятой группе, которая разделяется на десять типов
станков. Нулевой резервный, к первому типу металлорежущих станков
относятся зубострогальные и зубодолбежные станки для обработки
цилиндрических зубчатых колес, ко второму — зуборезные для конических колес, к
третьему — зубофрезерные для цилиндрических колес и шлицевых валов, к
четвертому — для нарезания червячных колес, к пятому — резьбофрезернЫе,
к седьмому — зубоотделочные, проверочные и обкатные, к восьмому — зу-
бошлифовальные и резьбошлифовальные, к десятому — разные зубообраба-
тывающие станки.
Зубообрабатывающие станки можно классифицировать по методу
обработки (копирования и обката), по виду зубчатых колес (цилиндрические,
конические и т. д.), по способу обработки (фрезерование, протягивание,
шлифование и т. д.), типу производства (единичное, серийное, массовое) и
другим признакам. Наибольшее распространение получили зубофрезерные
станки, у которых главное движение резания осуществляет червячная фреза.
Стол с заготовкой получают вращательное движение согласованное с
вращением червячной фрезы. В зависимости от нарезаемых зубьев движение
подачи имеет инструмент или заготовка.
В зубодолбежных станках движение резания осуществляется возвратно-
поступательное перемещение инструмента (долбяка). Стол с заготовкой
получают вращательное движение согласованное с вращением долбяка.
В зубострогальных станках для обработки конических колес с
прямыми зубьями движение резания осуществляют резцы, перемещающиеся
возвратно-поступательном в радиальном направлении к центру станка.
Заготовка, установленная на делительной головке осуществляет обкаточное
движение, с подводом и отводом заготовки относительно инструмента.
Вращение заготовки согласовано с вращением суппорта, на котором
установлены резцы.
480
В зубошлифовальных станках, обрабатывающих зуб торцевыми
поверхностями кругов, главное движение — вращение — совершает
шлифовальный круг, который подается (движение подачи) вдоль оси обрабатываемого
колеса. Заготовка (колесо) вращаясь, совершает движение радиальной
подачи. За один цикл обрабатывается один зуб колеса, затем происходит поворот
заготовки на один зуб. При шлифовании червячным кругом движение
резание осуществляется так же как и при обработке червячной фрезой. При
шлифовании методом копирования дисковым шлифовальным кругом
главное движение — вращение — совершает шлифовальный круг, он же
осуществляет и движение подачи. Заготовка после обработки одной впадины
поворачивается на один зуб.
В зубопротяжных станках главное вращательное движение
осуществляет протяжка, заготовка поворачивается на один зуб после обработки одной
впадины, цикл повторяется до обработки всех впадин зубчатого колеса. Зу-
бообрабатывающее оборудование и инструмент можно считать самым
сложным и дорогостоящим, требующим знаний и опыта их обслуживания.
4.1.10. Контроль точности обработки
Понятие «точность» — качественная оценка, ее невозможно
использовать при определении степени приближения значений к заданному (или
номиналу). Погрешность (абсолютная погрешность) — это количественная
оценка точности, так как является разностью между значением истинной
величины и заданным значением. Понятие «высокая точность» изменчиво.
Например, при погрешности размера ролика -0,001 мм условно можно
сказать о его «высокой» точности (в настоящее время), а в начале XX века
высокой точностью считалось ±0,1 мм, при этом следует указать диаметр и
длину детали, тип производства и т. д. Таким образом даже погрешность
следует оговаривать условиями обработки детали.
Трудно четко определить точность детали, так как она состоит из
множества простейших поверхностей, каждая из которых нормируется
отдельно. В то же время не нужно завышать требования к точности поверхностей
детали. Точность геометрических параметров детали определяется из
эксплуатационных особенностей ее работы в узле. Одним из геометрических
параметров точности является размер, т. е. численное значение линейной
величины в мм. Номинальный размер, относительно которого определяются
отклонения, указывается на чертеже детали. Предельные размеры
определяют допускаемые значения (допуски), т. е. годные детали будут находиться
между предельными размерами. После обработки детали и ее измерения
(которое осуществляется с определенной погрешностью), мы получаем
действительный размер, который отличается от истинного размера измерения.
Фактически мы подменяем истинный размер действительным. Допуск (Т)
знака не имеет, поэтому используют понятие поле допуска и ряды допусков
16 Технология машиностроения 481
(точности) . Теоретического ряда точности нет, поэтому основываются на
практическом опыте.
Определение размеров детали должно проводится при температуре 20 °С
(так принято в мировой практике). В том случае, если температура выше или
ниже, то необходимо определить, на какую величину изменяется при этом
измеряемый размер контролируемых деталей и внести на эту величину поправку.
Новое значение размера будет называться приведенным размером к 20 °С.
Таким образом, для контроля колес в диапазоне точностей зубчатых колес
6, 7, 8 степеней необходимо изготовить колеса 3, 4, 5 степеней точности,
используемые для комплексного контроля точности обработки зубчатых колес.
Достигнуть высокого качества зубчатых колес невозможно, не решив
технологическую и метрологическую задачи. Одной из особенностей зубчатых
колес, как объектов измерений является большое количество контролируемых
параметров. Только для цилиндрических прямозубых колес их более 30. Этим
объясняется и значительная номенклатура зубоизмерительных приборов.
Приборы для измерения цилиндрических зубчатых колес разделены на 14
групп. Приборы для измерения кинематической и циклической погрешности
относятся к группе 1 и 1а соответственно. Приборы для измерения шага
накопленной погрешности, отклонения шага и разности шагов относятся к 2-й
группе приборов; для измерения радиального биения зубчатого венца — к 3-й
группе; для измерения смещения исходного контура — к 4-й группе; для
измерения измерительного межосевого расстояния — к 5-й группе; для измерения
шага зацепления — к 6-й группе; для измерения профиля зуба — к 7-й группе;
для измерения направления зуба — к 8-й группе; для измерения направления
зуба — к 9-й группе; для измерения длины общей нормы — к 10-й группе; для
измерения толщины зуба — к 11-й группе; для измерения осевых шагов по
нормам — к 13-й группе; для измерения погрешности обката — к 14-й группе .
Напомним, что для зубчатых передач установлено 12 степеней точности.
Наиболее точная 1- и 2-я степени точности для цилиндрических колес не
установлены и являются перспективными, 12-я степень точности выполняется без
механической обработки и является самой грубой. Зубчатые колеса, например,
автостроения обычно выполняются от 6 до 8 степени точности. При контроле колес 8
степени точности используются колеса с 5 степенью точности, колеса 7 степени
точности проверяются в паре с колесами 4 степени точности, а колеса 6 степени
точности — колесами 3 степени точности.
Зубчатые передачи разделены на 12 степеней точности. Для каждой степени
точности определены нормы точности плавности работы и контакта зубьев.
Допускается комбинирование норм точности. Вид сопряжения обозначается
заглавными латинскими буквами (А, В, С...). Каждый вид сопряжения имеет свой
допуск на боковой зазор. Виды допуска бокового зазора обозначаются малыми
буквами латинского алфавита (а, Ь, с...). Для цилиндрической зубчатой скоростной
передачи установлены требования для норм кинематической точности — 8-я степень
точности, для норм плавности — 5-я степень точности, для норм контакта — 6-я
степень точности, вид сопряжения назначен С, а требования к допуску приняты по
виду Ь. Запишется это следующим образом: Ст 8-5-6 СЬ.
482
Кинематическую точность зубчатого колеса можно оценить с помощью
семи различных взаимосвязанных параметров, для измерения которых в
большинстве случаев существуют свои приборы. Существуют приборы
комплексного контроля качества зубчатых колес, которые позволяют
существенно сократить количество необходимых для измерения приборов.
Например, с помощью кинематометра можно не только оценить боковой зазор
и кинематическую точность, но и выявить какой элемент и в какой степени
повлиял на суммарную погрешность для того, чтобы провести коррекцию в
постройке станка или инструмента.
Контроль зубчатых колес на разных стадиях технологического процесса
их изготовления разделяется на профилактический (проводимый до
операции зубообработки), текущий (в процессе зубообработки) и приемочный (в
конце каждой операции). От того, насколько регулярно осуществляется
контроль зависит качество выпускаемой продукции.
Рассмотрим несколько типов приборов, предназначенных для контроля
зубчатых колес.
Приборы для контроля зубчатых колес как правило снабжены
средствами комплексного контроля. Важный параметр направления зуба во
многих приборах совмещен с измерением профиля, что приводит к возрастанию
погрешности измерения. Возможно это результат применения новых
измерительных средств, таких, как лазер, электронные угловые датчики,
прецизионные делительные столы, угломерные цифровые компьютеры с
дискретностью до сотых долей секунды, и комплектование приборов электронно-
вычислительным блоком.
Однако вытеснить поэлементный контроль невозможно и разработки
идут параллельно, а главное — и те и другие приборы все более
автоматизируются и имеют выход на ЭВМ для обработки информации.
И все же в производстве зубчатых колес часто используется
поэлементный контроль. ГОСТ определяет, в частности, биение зубчатого венца как
наибольшую разность расстояний от его рабочей оси до делительной
прямой элемента нормального исходного контура (одиночного зуба или
впадины), условно наложенного на профили зубьев колеса. Радиальное биение
является дискретной радиальной составляющей погрешности зубчатого
колеса. Для цилиндрических и конических колес (с модулем от 1 мм до 10 мм
и диаметром от 20 мм до 400 мм) выпускаются приборы биениеметры. Для
измерения шага зацепления, который определяется, как расстояние между
двумя параллельными плоскостями, касательными к двум одноименным
рабочим боковым поверхностям соседних зубьев колеса, используются
шагомеры. Они позволяют определить отклонение торцевого профиля зуба,
под которым понимается линия пересечения боковой поверхности зуба
плоскостью, перпендикулярной к его рабочей оси. Для определения
погрешности профиля (расстояния между двумя ближайшими номинальными
торцевыми профилями, между которыми размещен действительный
профиль) используют эвольвентомеры. Изменение смещения исходного конту-
483
pa можно проводить непосредственно от оси вращения колеса с помощью
биениемеров.
Для измерения толщины зуба по постоянной хорде используют
кромочные зубомеры, штангензубомеры; при измерении колебаний межосевого
расстояния за оборот и на одном зубе (при комплексном двухпрофильном
контроле) — приборы агрегатного типа, позволяющие при смене оснастки
измерять цилиндрические и конические колеса.
Колебания длины общей нормали, представляющей собой расстояние
между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум
разноименным активным боковым поверхностям зубьев, можно измерять
обычными микрометрами с тарельчатыми измерительными поверхностями.
На фоне использования современных технологий производства
зубчатых колес и ужесточения допусков, постоянный контроль становится
неотъемлемой частью процесса обработки. Требования возрастают и к
контрольным приспособлениям.
Значительное влияние на шум цилиндрических прямозубых колес
оказывает погрешность профиля зуба. Погрешности профиля зуба могут
возникать при их механической и термической обработке.
При незначительных погрешностях зацепления уровень шума с
возрастанием нагрузки может снижаться. Интенсивность уровня шума находится в
прямой зависимости от погрешности профиля зуба, но в том случае, когда
величина не превышает 10 мкм, то от формы погрешности профиля уровень
шума практически не зависит.
Систему контроля зубчатых колес не следует сводить только к
контролю параметров зубчатых колес в процессе их обработки, нужно
контролировать станки и инструменты, не забывая делать это после каждой
переточки, каждой технологической операции, так как зубчатое колесо
является точной и дорогостоящей деталью.
■ 4.2. Технологические процессы фрезерования зубьев колес
пальцевыми и дисковыми модульными фрезами
4.2.1. Основные положения
На зубофрезерных станках обработка зубьев ведется пальцевыми,
дисковыми и червячными модульными фрезами. Пальцевые и дисковые
модульные фрезы применяют для обработки крупномодульных колес в
условиях мелкосерийного производства, в тяжелом машиностроении,
ремонтных работах, для чернового и чистового нарезания прямозубых и
косозубых колес, шлицевых валов, зубчатых реек методом копирования.
Универсальные зубофрезерные станки, на которых производится
обработка резания впадин зубьев колес, оснащаются механизмами единичные де-
484
1
Цельный
1
С
Конструктивное исполнение
зуборезного инструмента
Составной
1
затыло ванными
зубьями
1
С острозаточе
зубьями
1
Сборный
1
иными
Рис. 4.15. Обобщенная схема конструктивного использования зуборезного
инструмента
ления. При черновом нарезании зубьев зубофрезерные станки должны
обладать повышенной жесткостью. Обработку пальцевыми и дисковыми
фрезами можно производить и на обычных фрезерных станках, с
использованием делительных головок.
Пальцевые и дисковые фрезы, как другой зуборезный инструмент,
могут выполняться с цельными (из быстрорежущей стали или твердого
сплава), составными или сборными (рис. 4.15).
Напомним, что цельным режущим инструментом называется
инструмент, изготовленный из одной заготовки.
Составной режущий инструмент — инструмент с неразъемным
соединением его частей и элементов. Он может быть сварным, клееным, паяным.
Сборный режущий инструмент — инструмент с разъемным
соединением его частей и элементов.
Профиль зубьев фрез соответствует профилю впадины между зубьями
нарезаемого колеса, поэтому для каждого колеса с определенным модулем
и числом зубьев должна изготавливаться своя фреза, что экономически
нецелесообразно. Поэтому для каждого модуля с определенным числом
зубьев предусмотрена одна фреза. Набором фрез определенного модуля
можно нарезать любые колеса данного модуля, но профиль нарезаемых
зубьев при этом будет иметь погрешность, так как профиль зуба фрезы из
набора соответствует только наименьшему числу зубьев нарезаемого
колеса. Например, фрезы для обработки зубчатого колеса с модулем 10 и
числом зубьев от 12 до 140 делят на 8 групп, т. е. фреза № 1 может нарезать
зубчатые колеса с числом зубьев от 12 до 13, № 5 от 26 до 34, а № 8 от 135
до 140.
Наиболее точный профиль при этом будет у колес числом зубьев 12, 26
и 135. Низкая производительность и невысокая точность ограничивают
применение данного инструмента, однако появление новых конструктивных
и технологических решений позволяет повысить производительность
данного метода обработки зубчатых колес, а в ряде случаев при черновом
нарезании даже превзойти обработку червячными фрезами, что значительно
расширяет область их применения.
485
4.2.2. Методы обработки пальцевыми модульными фрезами
Пальцевые модульные фрезы применяют для обработки прямозубых,
косозубых шевронных колес модулем от 10 до 50 мм. Ими можно
обрабатывать и закрытые венцы зубчатых колес. Для обработки прямозубых колес
фреза имеет сечение по вертикальной плоскости, соответствующей впадине
между зубьев; для обработки косозубых и шевронных профиль зуба фрезы
должен отличаться от профиля впадины. Профиль зубьев пальцевой фрезы
шлифован и затьшован. В процессе обработки пальцевая фреза совмещается
с осью симметрии впадины колеса, она вращается (главное движение) и
осуществляет движение подачи по длине нарезаемого колеса (рис. 4.16).
Из-за сравнительно малого диаметра число режущих зубьев пальцевой
фрезы небольшое (до восьми).
По мере переточки может появиться погрешность формы режущих
кромок фрезы, что вызывает вероятность появления погрешности формы зубьев
нарезаемых колес по мере увеличения числа переточек.
Пальцевыми модульными фрезами производят как черновую, так и
чистовую обработку впадин зубьев колес. Черновые фрезы имеют канавки для
дробления стружки, расположенные в шахматном порядке, аналогично
обычным цилиндрическим пальцевым фрезам и передний угол режущих
кромок равняется 5... 10°. Режущие кромки зубьев чистовой модульной
фрезы не имеют разделительных канавок, а передний угол равен нулю. Такие
фрезы обычно изготавливают из быстрорежущей стали или с напайными
пластинами из быстрорежущей стали или твердого сплава, а черновые
крупномодульные фрезы можно выполнять с неперетачиваемыми
твердосплавными пластинами (Т5К10, Т15К6 и др.). Пальцевые фрезы можно
использовать также и при закруглении торцев шестерен и зубчатых колес
(рис. 4.17). Такие фрезы изготавливают для обработки колес с различным
D модулем (т = 1,0; 1,25; 1,5;
r<-^ Dri^ 2; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 и т. д.)
D* Т ГЖ$Г Режущие зубья фрез могут
иметь фасонную и
коническую форму, выполняться
острозаточенными и затыло-
ванными. При зубозакруг-
лении ось пальцевой фрезы
почти перпендикулярна оси
нарезаемого колеса.
Основное время
закругления зубьев пальцевой
фрезой определяют по формуле
Х">
\.'
а) 6)
Рис. 4.16. Схема обработки зуба колеса пальцевой
модульной фрезой:
1 — обрабатываемое зубчатое колесо; 2 — модульная
пальцевая фреза
L =
{Tp+Tn0B)ZK
60
486
^ 4^ -ф- |
Рис. 4.17. Схема пальцевой фрезы (а) для закругления торцев
зубьев шестерен (б, в)
где Гр — время на обработку одного зуба, с; Тпов — время поворота колеса
на один зуб; ZK — число зубьев колеса.
4.2.3. Процессы обработки дисковыми модульными фрезами
Дисковые модульные фрезы в отличие от пальцевых не могут
обрабатывать зубчатые венцы без свободного выхода инструмента, однако
конструктивные и технологические возможности у них шире. Их легче сделать
сборными, они обеспечивают различные схемы резания, комбинации
режущих элементов и др. С помощью сдвоенных дисковых фрез можно
значительно повысить производительность обработки, но они требуют
специального оборудования и оснастки. Обработка дисковыми модульными фрезами
проводится по методу копирования (деления) цилиндрических прямозубых
и косозубых колес 9-10-й степени точности. Обработка выполняется на
фрезерном станке. Инструмент — фреза — является типовой затылованной,
причем фрезы для черновой обработки изготавливаются с нешлифованным
зубом, а для чистовой — со шлифованным. Черновые фрезы на рабочем
профиле часто имеют канавки для дробления стружки, расположенные в
шахматном порядке (передний угол у = 4... 10°, а задний а = 10... 15°).
Чистовые фрезы обычно выполняют без стружечных канавок и передним углом
у = 0°.
Цельные дисковые модульные фрезы обычно изготавливают из стали
Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и других, сборные — из твердого сплава ВК6, ВК8,
Т5К10 и др. Крепежная часть составных и сборных фрез выполняется из
стали 40Х, 45 и др. Профиль зубьев фрез соответствует профилю впадины
между зубьями нарезаемого колеса, поэтому пригодны только для нарезания
колес с одинаковым числом зубьев. Используется набор из 8 (т < 8), 15 (т =
= 9... 16), 26 (т > 16) фрез, т. е. каждая фреза из набора нарезает зубчатые
колеса с определенным числом зубьев. Например, одна фреза из набора из 8
487
а) б)
Рис. 4.18. Схема дисковой модульной фрезы из быстрорежущей стали (а)
и износа ее режущих зубьев (б)
фрез позволяет нарезать зубья с 12 и 13 зубьями, вторая с 14, 15 и 16
зубьями и т. д.
Чистовые модульные фрезы выпускаются комплектами обычно из 8 и
15 штук. Фрезы нумеруются порядковыми номерами (1, 2, 3 и т. д.), начиная
от минимального числа зубьев колеса. Для косозубых колес фрезы
выбираются по величине приведенного числа зубьев
Z =^—
р cos2p'
где Z — число зубьев нарезаемого колеса; Р — угол наклона зубьев
нарезаемого колеса.
Выбор одной фрезы из набора позволяет обработать заготовки с разным
числом зубьев, но только профиль впадины с наименьшим числом зубьев
соответствует профилю данной фрезы, а при большем числе зубьев колеса,
данная фреза будет вносить погрешность нарезаемого профиля, что
скажется на припуске при дальнейшей обработке зубчатого колеса.
Недостатками обработки зубьев колес дисковыми фрезами является
относительно низкая точность и производительность обработки. Износ зубьев
дисковой модульной черновой фрезы при обработке заготовок из стали
составляет 0,8... 1,0 мм, чистовой фрезы — 0,2...0,4 мм (рис. 4.18, б).
Дисковыми фрезами зубья колес обрабатывают последовательно с
периодическим поворотом заготовки на угловой шаг зубьев после обработки
каждой впадины (рис. 4.19, а, б). Фрезы являются затылованными, а
профиль зуба выполняется по эвольвенте (рис. 4.19, в). Для прямозубых
цилиндрических колес профиль режущих кромок зуба дисковой фрезы
соответствует впадине нарезаемого колеса, а для косозубых необходимо провести
корректировку данного профиля на инструменте.
При обработке впадин зубьев колес дисковыми модульными фрезами
лимитирующим фактором обычно является даже не погрешность формы
профиля, а погрешность шага, которая зависит от точности механизма
деления. В то же время модульными фрезами можно обрабатывать шестерни с
различной формой зуба. Основным видом использования дисковых фрез
488
a) 6) в)
Рис. 4.19. Схема нарезания прямозубого конического колеса дисковой
модульной фрезой в один чистовой проход:
а, б — схема обработки; в — форма зуба; 1 — заготовка; 2 — дисковая
модульная фреза; О — вершина начального конуса колеса; Ов — вершина
внутреннего конуса колеса; Он — вершина наружного конуса колеса
можно считать черновое нарезание зубьев цилиндрических колес. Чтобы
повысить производительность обработки, дисковые фрезы устанавливают в
блоке из двух или трех штук, что позволяет вести одновременную
обработку соответственно двух или трех впадин. При обработке двух впадин обе
фрезы устанавливаются симметрично оси колеса, когда устанавливается три
фрезы, то средняя фреза должна располагаться симметрично оси
обрабатываемого колеса. В том случае когда в комплекте предусмотрена чистовая
фреза, то центрирование относительно оси колеса проводится только по ней.
Узкие зубчатые колеса можно обрабатывать пакетом.
Основное время при нарезании прямозубых цилиндрических колес
модульной дисковой фрезой определяется по формуле:
а г 7 J 1 1 \ZJ TnQRZi
t0=(lB+L3+ln) —+ - ^ + ^о^,
\\х \.х J n n
/B — длина врезания; L3 — длина зуба; /„ — длина перебега; ,Sp.x — минутная
подача при рабочем ходе; 5Х.Х — минутная подача обратного холостого хода;
ZK — число зубьев нарезаемого колеса; / — число проходов; п — количество
одновременно нарезаемых зубьев; Тпов — время поворота заготовки на
один зуб.
Длина врезания
l,=ylh(D-h)+(1...2),
где h — глубина прорезаемой впадины между зубьями; D — диаметр фрезы.
489
■ 4.3. Технологические процессы фрезерования зубьев колес
червячными модульными фрезами
4.3.1. Технологические возможности метода
Основным методом обработки зубьев цилиндрических колес является
зубофрезерование червячными фрезами, что говорит о высокой
универсальности этого метода обработки. Этот метод достаточно трудоемкий, требует
большого парка зубофрезерных станков и производственной площади.
Процесс фрезерования червячными фрезами осуществляется по методу обката.
Зубофрезерование является предварительной обработкой зубчатых
колес и шестерен модулем от 0,1 до 40 мм, обеспечивающей 5-9-ю
степень точности. В машиностроении в целях повышения
производительности обработки используют фрезы с меньшим наружным диаметром или с
большим внутренним диаметром посадочного отверстия
(способствующих снижению деформации оправок).
Червячную фрезу можно представить себе в виде винта с
трапецеидальной резьбой. Профиль зуба фрезы совпадает с профилем производящей
рейки. Вращение фрезы соответствует поступательному перемещению рейки. В
процессе работы фреза нарезает зубья на колесе, создавая зацепление
соответствующее зацеплению червяка с червячным колесом (редуктора).
Червячную фрезу можно представить себе так же как ряд гребенок, собранных
на цилиндре и смещенных одна по отношению к другой или в виде червяка,
имеющего режущие кромки.
Червячные фрезы для нарезания цилиндрических зубчатых колес
делятся на черновые, чистовые и особо точные (прецизионные). Черновые фрезы
изготавливаются с пониженной точностью и часто с нешлифованным
профилем зуба. Их можно также разделить по направлению винтовой линии
зубьев на правозаходные и левозаходные, по числу заходов — на одноза-
ходные и многозаходные.
Червячные фрезы могут выполняться в виде цельных или сборных
(рис. 4.20). Цельные конструкции изготавливают из быстрорежущих сталей,
а сборные обычно оснащены режущими элементами из твердого сплава.
В диапазоне модулей от 1 до 12 мм можно применять червячные фрезы
с клиновым креплением твердосплавных реек и с вклеенными режущими
элементами.
Нарезание зубьев колес червячными модульными фрезами более
производительно, чем пальцевыми и дисковыми фрезами, и широко применяется
при нарезании прямозубых, косозубых, червячных колес, шлицевых валов и
других изделий.
Процесс зубофрезерования осуществляется на специальных
зубофрезерных станках. В зависимости от расположения оси заготовки зубофрезер-
ные станки разделяют на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные
490
а) б)
Рис. 4.20. Общий вид цельной (а) и сборной (б) червячных фрез
могут выполняться с подвижным столом, на котором крепятся заготовки
или подвижной стойкой, на которой крепится инструмент. Компоновка
станков с неподвижным столом более удобна. Горизонтальные станки
предназначены для обработки крупных, тяжелых заготовок. Для относительно
небольших размеров заготовок подвижным обычно выполняется стол. Для
очень крупных заготовок подвижной (в горизонтальном направлении)
обычно является инструментальная стойка. Горизонтальные станки часто
используют для обработки заготовок типа «вал-шестерня» и шлицевых валов.
Инструмент (червячную фрезу) на станке устанавливают так, чтобы
витки фрезы со стороны прямозубого колеса были расположены вдоль оси
колеса. Часто движение подачи осуществляется перемещением фрезы вдоль
оси заготовки.
Точность, качество поверхностного слоя и производительность
обработки являются важнейшими критериями,
определяющими выбор конструктивного и
технологического решения. Некоторые
основные пути повышения качества обработки
зубьев колес методом фрезерования
червячными фрезами представлены на рис. 4.21.
Червячная фреза имеет режущие зубья,
расположенные на винтовой поверхности.
Зубья фрезы можно представить себе в виде
червяка с продольными (винтовыми или
прямыми) стружечными канавками,
образующими переднюю поверхность зубьев и
затылованными задними поверхностями
зубьев. Пересечение передних и затылован-
ных задних поверхностей образуют режущие
кромки зубьев.
Червячные фрезы изготавливают
следующих классов точности: AAA, AA, А, В, С
Пути повышения качества
обработки при зубофрезеровании
i —
Повышение жесткости
технологической системы
i
Совершенствование конструции
станка, инструмента
и технологической оснастки
Совершенствование конструкции
фрез, их заточки, схемы резания
Повышение
износостойкости фрез
Оптимизация
режимов резания
Рис. 4.21. Схема основных путей
повышения качества обработки
колес при зубофрезеровании
491
и Д, которые соответственно предназначены
для обработки зубьев колес т = 0,1...40 мм
от 5 до 11-й степени точности. Чистовые
червячные фрезы классов точности AAA, AA
обычно изготавливаются цельными
прецизионными, а классов точности от А до Д
выполняются сборными. Многозаходные фрезы
регламентированы классами точности от А
Рис. 4.22. Схема обработки зубь- до д Профиль зубьев многозаходных фрез
ев колеса червячной фрезой имеет утолщение на вершине зуба («усики»)
в виде фланков, что позволяет облегчить
условия дальнейшей обработки зуба, например, при шевинговании.
Стандартные фрезы имеют передний угол на вершине зуба у = 0, задний угол а =
= 9... 12° (рис. 4.22). Следует учитывать, что увеличение переднего угла (у =
= 8... 15°) облегчает условия резания, повышает стойкость фрез.
Передний угол у = 3...70 обеспечивает повышение точности обработки
у чистовых фрез. Задние углы (по вершине и боковым сторонам) получают
за счет затылования (по Архимедовой спирали). Направление стружечных
канавок (при нарезании прямозубых колес) не имеет значения. Для колес с
правым направлением зубьев применяют правозаходные фрезы, для колес с
левым направлением — левозаходные. Чаще изготавливаются
правозаходные фрезы с прямыми и винтовыми стружечными канавками.
Прямые канавки по сравнению с винтовыми обеспечивают лучшие
условия резания и более простую переточку. В отличие от модульных
дисковых и пальцевых фрез, работающих по методу копирования, червячная
фреза работает по методу обката, следовательно, одним инструментом можно
нарезать любое число зубьев одного модуля, при условии, что отношение
числа зубьев обрабатываемого колеса ZK к числу заходов фрезы Z^ равно
отношению числа оборотов фрезы щ к числу оборотов колеса ик, т. е.
Ь. = \
При обработке зубчатых колес с модулем от 1 до 12 мм чаще
используют сборные червячные фрезы класса А и В. Фрезы с поворотными и
переставляемыми (по мере износа) пластинами позволяют повысить
эффективность применения сборных конструкций.
На стабильность качественных показателей процесса зубофрезерования
существенное влияние оказывает износ зубьев инструмента. Износ
червячных фрез оценивается по задней поверхности и уголкам режущих кромок.
Вершинные режущие кромки срезают до 80 % общего припуска в сплошном
металле, т.е. работают в неблагоприятных условиях.
При черновой обработке стальных и чугунных колес зубья фрезы (из
быстрорежущей стали) должны иметь величину износа по задней
поверхности, не превышающей 0,5... 1,0 мм, для чистовой 0,2.. .0,4 мм (рис. 4.23).
492
Рис. 4.23. Схема износа
Особое значение для зуборезного инструмента
имеет качество переточки. Только за счет заточки и
переточки можно улучшить обработку и стойкость
инструмента более чем на 25 %. Так, например,
возрастание погрешности расположения соседних
зубьев червячной фрезы при тангенциальной подаче
вызовет погрешность шага, а при осевой подаче —
погрешность профиля нарезаемых зубьев колес.
Следует учитывать, что червячные фрезы в
основном выполняются не на базе эвольвентного
винта, применяемого для обработки ответственных
деталей, а на базе винта Архимеда (винт с прямоли- зу ьев чеРвячнои ФРезы
нейным профилем в осевом сечении называется винтом Архимеда). В том
случае когда прямолинейный профиль винта перпендикулярен оси сечения,
то винт называется конволютным. Большинство червячных фрез,
предназначенных для обработки цилиндрических зубчатых колес строится на базе
конволютного винта.
4.3.2. Пути повышения качества обработки,
производительности и стойкости инструмента
С целью снижения затрат на инструментальный материал червячные
фрезы могут изготавливаться составными или сборными. Только режущие
элементы фрез (зубья, гребенки) изготавливаются из инструментального
материала, а корпус из более дешевой конструкционной стали. У составных фрез
режущие элементы привариваются или припаиваются к корпусу, а у сборных
закрепляются механическим способом. Как и токарные резцы с напайными
пластинами составные червячные фрезы вытесняются инструментом с
механическим креплением инструментального материала. Это делается из-за
низкого качества сварных соединений материалов с различными
коэффициентами линейного расширения. В тоже время процесс изготовления сборных фрез
более трудоемкий, требующий тщательной сборки.
При обработке шестерен с модулем 4...30 мм можно использовать
составные многопозиционные фрезы с разнонаправленными зубьями.
Конструктивной особенностью таких фрез является то, что их собирают из
отдельных частей выполненных в виде шайб, смещенных одна относительно
другой так, что зубья вступают в работу не одновременно (с
запаздыванием), что обеспечивает равномерность загрузки инструмента, снижает силы
резания и износ зубьев.
Повысить производительность быстрорежущих червячных фрез можно
за счет применения сталей на вольфамо-кобальто-ванадиево-молибденовой
основе, позволяющей повысить скорость резания до 1,0... 1,2 м/с (в тоже
время как фрезы из стали Р18 работают со скоростью 0,5...0,8 м/с). На ма-
493
шиностроительных заводах успешно применяют червячные фрезы из сталей
марки Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р6М5Ф2К8, Р9М4К8 и др. Однако эти стали
плохо шлифуются обычными абразивными кругами, склонны к появлению
обезуглероживающего слоя и трещин при ковке, значительно дороже обычных
сталей, поэтому их использование должно быть экономически обосновано.
Для цельных фрез, обрабатывающих колеса, изготовленные из
углеродистых и легированных сталей, Р6М5К5 и других сложнолегированных
сталей, часто применяется сталь Р6М5 (63-66 HRC,).
Червячные фрезы из быстрорежущей стали, подвергаемые нанесению
износостойких покрытий TiN, наносимых физическим осаждением из
газовой фазы, имеют удвоенную стойкость.
Сборные твердосплавные червячные фрезы предназначены в основном
для высокоскоростной обработки зубьев и изготавливаются со вставными
режущими элементами, выполненными из твердого сплава ВК6М, ВК8,
Т5К10 и др. Стойкость твердосплавных фрез в несколько раз выше
быстрорежущих, но при этом требуется высокая жесткость и точность оборудования.
Монолитные твердосплавные фрезы широко используются при
обработке зубчатых колес с модулем до 1 мм. Сборные червячные фрезы с
цельными твердосплавными пластинами хорошо зарекомендовали себя при
обработке зубчатых колес с модулем до 3 мм, работая со скоростью 5...6 м/с.
При чистовом фрезеровании зубьев (т > 3 мм) твердосплавные фрезы
позволяют проводить обработку со скоростями до 3,5 м/с. Например, при
обработке зубьев колес из легированных сталей (180-200 НВ) червячными
твердосплавными фрезами часто применяются следующие режимы резания:
V= 1,5...2,5 м/с, 5=0,3...0,5 мм/об.
При обработке зубьев колес с модулем до 2,5 мм твердосплавными
червячными фрезами осевую подачу принимают равной 2.. .3 мм/об.
Шестерни модулем менее 2,5 мм можно нарезать за одни проход, а
более 2,5 мм за два прохода, оставляя припуск под чистовую обработку до 0,5 мм
на сторону.
Из-за того, что зона резания червячной фрезы в 4-5 раз меньше длины
фрезы и зубья загружены неравномерно (так как срезают слои металла
разной толщины и длины), то наибольшему износу подвергаются 2-3 зуба в
конце первого витка, прорезающего впадину. Остальные зубья
изнашиваются незначительно. Поэтому с целью повышения стойкости фрезы
осуществляется ее осевое передвижение на 1-2 витка. Наиболее эффективны
передвижки фрезы при нарезании мелкомодульных колес.
Количество передвижек червячной фрезы зависит от длины рабочей
части фрезы, числа зубьев и модуля нарезаемого колеса. За счет передвижек
фрез их расход уменьшается в 1,5 раза, еще больший эффект можно
достигнуть увеличением длины режущей части фрезы.
При нарезании зубьев цилиндрических колес червячная фреза и
заготовка согласовано вращаются, фреза получает дополнительное движение
подачи вдоль оси шестерни. Ось инструмента наклонена относительно оси
494
заготовки, таким образом, чтобы направление витков фрезы и зубьев
обрабатываемого колеса совпали в точке касания их делительных окружностей.
В работе участвуют сразу несколько зубьев фрезы, но нагрузка на ее зубья
распределяется неравномерно, что сказывается на их износе.
Удлиненные фрезы имеют повышенную износостойкость за счет
возможности их передвижки. Применение передвижки вызывает
необходимость увеличить длину рабочей части червячной фрезы в 1,2-1,8 раза.
Количество передвижек червячной фрезы
м _ 'р.ч ~ (/н.у + 'к.у J
ф в
где /р.ч — длина рабочей части червячной фрезы; /ну, /к.у — величины
начальной и конечной установки червячной фрезы конечной установки
червячной фрезы соответственно; В — осевая передвижка червячной фрезы.
Величину начальной /ну и конечной /к.у установки червячной фрезы
определяют по формулам
Зптк пт
cosP 4
ХЛптк пт
cosPK 4
где рк — угол наклона зубьев колеса; К — коэффициент, определяемый
числом зубьев колеса (при Z = 20, К = 0,5, при Z = 40, К = 1,0, при Z = 60,
К =1,4, при Z= 80, А: = 2,0).
По числу заходов червячные фрезы делятся на однозаходные и многоза-
ходные.
При оценке эффективности многозаходных фрез необходимо учитывать
неравномерность загрузки отдельных зубьев по витку и большую нагрузку
первого зуба фрезы. Поэтому целесообразно использовать многозаходные
фрезы в основном при нарезании мелкомодульных колес с числом зубьев
более 16, при этом можно использовать четырех, пяти и шести заходные
фрезы. В большинстве случаев червячные фрезы с т = 1... 10 м
выполняются однозаходными, реже двузаходными и очень редко трехзаходными и че-
тырехзаходными. Считается, что применение многозаходных червячных
фрез по сравнению с однозаходными позволяет повысить
производительность в 1,5-1,8 раза (двузаходными 1,5 раза, трехзаходными 1,6-1,8 раза).
С увеличением числа заходов фрезы К, фактическое уменьшение
подачи на оборот стола ^об.ст приводит к увеличению подачи на оборот фрезы
^.ф и на зуб фрезы Sz, которые определяются по следующим формулам:
с
с _ об.ст i^ i^.
^об.ф -——Л5Л>
н.у
■к.у
495
„ _ °об.ф
"7 — >
где Ks — поправочный коэффициент на подачу стола (однозаходная К = 1,
двухзаходная 0,8; трехзаходная 0,65); ZK, Z$ — число зубьев
обрабатываемого колеса и фрезы соответственно.
Кроме того, при одном обороте однозаходной фрезы заготовка
поворачивается на один угловой шаг — оборота , при обработке двухзаходной фрезой
за один ее оборот колесо повернется на два угловых шага — оборота .
Следовательно, число зубьев обрабатываемых за одни оборот фрезы, будет
увеличиваться пропорционально числу заходов фрезы.
Число заходов фрезы необходимо рассматривать в зависимости от числа
зубьев колеса. Если число зубьев колеса не делится на число заходов фрезы
(не получается целое число), что можно обеспечить улучшение разности
соседних шагов и снизить циклическую погрешность обеих сторон зубьев
колес. Число стружечных канавок к числу заходов фрезы тоже не должно
быть кратным, так как и в этом случае после каждого оборота заготовки
будет обрабатываться другая впадина, т. е. обеспечится несовпадение следов
резания.
При применении многозаходных червячных фрез величина подачи
должна быть уменьшена на 25 % для каждого следующего захода фрезы.
В справочной литературе обычно приводятся значения подачи для
однозаходной червячной фрезы. Увеличение заходов увеличивает
производительность обработки, но у двухзаходной фрезы по отношению к
однозаходной угол подъема винтовой линии больше, следовательно, и погрешность
обработки увеличится. Поэтому многозаходные фрезы требуют коррекции
профиля зубьев.
Использование многозаходных фрез (увеличенной длиной) позволяет
уменьшить основное технологическое время обработки и интенсивность
износа зубьев по сравнению с однозаходными фрезами. Но эти
преимущества реализуются только при обработке колес с большим числом зубьев, так
как при малом числе зубьев значительно возрастает толщина срезаемого
слоя и нагрузки на привод вращения стола.
Пропорционально заходности увеличивается угол подъема витков
фрезы, уменьшаются боковые задние углы и ухудшаются условия резания.
Чтобы избежать этих недостатков, многозаходные фрезы изготавливаются
большого диаметра. Увеличение диаметра червячной фрезы, повышает
время, приходящееся на холостое движение зубьев (по сравнению с временем
контакта), повышает износостойкость ее режущих элементов.
Считается, что с повышением числа заходов фрезы (двух, трехзаходная)
во столько же раз необходимо увеличить и число оборотов нарезаемого ко-
496
леса. На практике же при черновой обработке зубчатых колес средних
модулей червячными фрезами большого диаметра приходится уменьшать
число оборотов фрезы и колеса, что снижает производительность процесса (и
преимущества многозаходных фрез). Кроме того, из-за увеличения угла
наклона канавок ухудшаются условия резания на боковых сторонах профиля
зубьев, приходится снижать подачу. Поэтому производительность
обработки двухзаходной фрезой повысится примерно лишь на 20 %.
Следует также учитывать, что при нарезании прямозубых колес
червячную фрезу наклоняют (под углом Р), чтобы направление зубьев колеса и
фрезы совпадали. Чем больше угол наклона Р, тем ниже точность обработки.
Практика показывает, что при производстве зубчатых колес (с числом
зубьев более 25) многозаходное червячное фрезерование считается
прогрессивным как при черновой обработке, так и при производстве
мелкомодульных колес (с числом зубьев более 16). В большинстве случаев трехзаходные
фрезы не оправдывают себя, а чистовые фрезы почти всегда выполняются
однозаходными. Обычно при необходимости иметь высокие и стабильные
показатели по точности обработки и стойкости фрез применяют однозаход-
ные фрезы.
Кроме применения новых быстрорежущих сталей и твердых сплавов,
повышение качества переточек, увеличения длины инструмента повышение
стойкости червячных фрез возможно и за счет увеличения углов боковых
режущих кромок, так как лимитирующий износ зубьев возникает на задних
гранях. При этом следует учитывать, что значительное увеличение задних
углов боковых режущих кромок затылованных зубьев вершинных кромок
может вызвать их сколы из-за снижения прочности.
Только специальные конструкции острозаточных фрез позволяют
выполнять боковой задний угол до 12°, что повышает стойкость фрез в
несколько раз (рис. 4.24). Однако это возможно только в том случае, когда
ножи затачиваются вне корпуса фрезы, что вызывает дополнительные затраты
на переточку, изготовление и эксплуатацию таких червячных фрез. Поэтому
Рис. 4.24. Схема твердосплавной сборной острозаточенной червячной фрезы
497
несмотря на значительный эффект острозаточенные фрезы не нашли
широкого применения.
Кроме стандартизованных червячных фрез встречаются конструкции,
зубья рейки которых выполнены с большим отрицательным углом (от 15 до
60°) их используют для термообработанных зубчатых колес. В этом случае
фрезы имеют большие (чем обычные фрезы) наружный диаметр,
необходимость которого вызвана размещением большего числа зубьев и большим
внутренним диаметром посадочного отверстия.
Удлиненные фрезы предназначены для обработки зубчатых колес с
любым числом зубьев. За счет изменения угла профиля зубьев фрезы
достигается распределение припуска под шевингование или шлифование профиля.
Фрезы могут выполняться также с увеличенным числом зубьев, с разной
высотой зубьев или сгруппированные в секции с одинаковой высотой
зубьев. Поиски перспективных нестандартных решений проводятся постоянно, а
зарекомендовавшие себя решения постепенно становятся
стандартизованными. Одним из перспективных решений можно считать обработку зубьев
комбинированным инструментом.
Червячная фреза-протяжка применяется для обработки
крупномодульных колес и состоит из двух частей (фрезы и протяжки). Первой вступает в
работу протяжка, она выбирает из впадин зубья более 70 % объема металла.
Постепенно вершина режущих кромок протяжки плавно срезает основной
припуск, идущая за ней червячная фреза практически является чистовой,
что обеспечивает высокую стойкость и качество обработки. Червячная
фреза-протяжка создана как бы в развитии комбинированной двухсекционной
червячной фрезы состоящей также из двух частей черновой и чистовой. Но
условия работы секций разная, черновая секция используется при
радиальном врезании, а чистовая при тангенциальном врезании фрезы.
Пока червячная фреза-протяжка применяется только при обработке
крупномодульных зубчатых колес, но в перспективе возможно более
широкое ее применение.
Повышение качества процесса зубофрезерования возможно в случае
создания новых схем резания.
Обычно зубья фрезы снимают припуск последовательно (по
генераторной схеме резания). При обработке зубьев колес можно использовать
червячные фрезы, выполненные по прогрессивной схеме резания. У таких фрез все
четные зубья имеют высоту и толщину меньшую, относительно нечетных,
что обеспечивает лучшие условия резания и более равномерный износ зубьев.
Прогрессивная (групповая) схема резания может выполняться или за
счет образования фасок на четных зубьях или за счет разных размеров по
профилю, что значительно усложняет процесс изготовления таких фрез. В
сборных фрезах использовать прогрессивную (групповую) схему резания
проще, чем в составных.
Составные червячные фрезы являются как бы промежуточными между
цельными и сборными, так как их режущие элементы соединяются с корпу-
498
сом путем пайки или склеивания. Кроме того пайка вызывает внутренние
напряжения в рабочих элементах фрезы, что сказывается на их стойкости.
Поиск новых конструктивных и технологических решений при
обработке зубьев червячными фрезами вызван, в частности, тем, что при
стандартных решениях зубья витка фрезы нагружены неравномерно (так как каждый
зуб срезает во впадине различные по толщине и длине слои металла).
Наиболее удаленные от межосевого перпендикуляра (фреза-заготовка) зубья
вступают в работу первыми и срезают стружку максимальной толщины.
Центральные зубья червячной фрезы срезают более тонкие и длинные
стружки, при этом вершинные кромки зубьев срезают более толстые слои
металла, чем боковые.
С увеличением подачи в резание вступают более удаленные зубья и на
их долю приходится снятие наибольших слоев металла, поэтому с
увеличением подачи лимитирующим фактором будет прочность крайнего, наиболее
нагруженного зуба.
Обычные фрезы средних модулей могут работать с подачей до 6 мм/об
без поломки зубьев. Однако в практике не прочность зубьев лимитирует
подачу, а качество обрабатываемых колес.
Поиск оптимальной схемы резания является одним из эффективных
средств повышения заданных параметров обработки. В частности были
разработаны червячные фрезы с вершинонагруженной, прогрессивной схемой
резания и попеременно нагруженными боковыми сторонами.
Принцип работы фрезы с вершинонагруженной схемой резания
заключается в том, что зубья червячной фрезы вдоль витка с четными номерами
занижены по высоте и резание осуществляется только боковыми сторонами.
Нечетные зубья режут всем профилем, причем вершины срезают слой удвоенной
толщины (рис. 4.25).
При работе червячной фрезы с прогрессивной схемой резания нечетные
зубья выполнены зауженными и завышенными относительно зубьев с
четными номерами, поэтому оси срезают стружку только своими вершинами.
Четные зубья срезают стружку боковыми сторонами (рис. 4.26).
У червячных фрез с попеременно нагруженными боковыми сторонами
четные зубья загружены только с левой боковой стороны, а нечетные только
Рис. 4.25. Схема обработки зубьев колес червячной фрезой с
вершинонагруженной схемой резания
499
Рис. 4.26. Схема обработки зубьев колес червячной фрезой
с прогрессивной схемой резания
с правой, т. е. каждый зуб работает только двумя кромками. Эта схема
является промежуточной между вершинонагруженной и прогрессивной.
Перераспределение нагрузки между зубьями облегчает процесс стружкообразо-
вания и повышает стойкость фрез.
Кроме схем резания большое значение имеет правильный выбор вида
подач.
Червячное зубофрезерование может характеризоваться четырьмя
видами подач:
• на один зуб фрезы (мм/зуб.);
• на один оборот фрезы (мм/об.);
• на один оборот стола нарезаемого колеса (мм/мин);
• минутной подачей (мм/мин).
Выбор направления подачи нарезания оказывает существенное влияние
на процесс нарезания зубьев.
Обработка зубчатых колес червячной фрезой может осуществляться
методом встречного и попутного фрезерования (рис. 4.27).
При обработке сталей (особенно малоуглеродистых) износ зубьев
инструмента при встречном фрезеровании выше (на 10...30 %), чем при попутном.
При обработке чугуна этих различий в износостойкости фрез не наблюдается.
Обычно при нарезании зубьев колес используется встречное
фрезерование. Однако попутное зубофрезерование является более производительным
Рис. 4.27. Нарезание зубьев червячной фрезой:
а — встречное; б — попутное; J — заготовка; 2 — червячная фреза
500
а) б) в)
г) д) е)
Рис. 4.28. Схемы зубофрезерования червячными фрезами:
а — за один проход; б — за два прохода; в — попутное фрезерование за один
проход; г — попутное фрезерование за два прохода; д — фрезерование за
один попутный и один встречный проход; е — фрезерование многовенцовых
зубчатых колес
процессом, так как уменьшается износ зубьев по задним граням,
повышается качество обрабатываемых поверхностей за счет более благоприятного
распределения нагрузок на зубья фрезы. Зона контакта фрезы и колеса при
попутном фрезеровании длиннее, чем при встречном, число зубьев
участвующих в резании больше.
Тем не менее попутное фрезерование далеко не всегда эффективно, так
как с уменьшением модуля и числа зубьев колеса зона контакта
уменьшается и преимущество попутного зубофрезерования сходит на нет. Поэтому
попутное фрезерование целесообразно применять при обработке зубчатых
колес со средним модулем и числом зубьев.
Большое значение на процесс зубофрезерования оказывает правильный
выбор общей схемы обработки, Обычно зубофрезерные станки работают в
полуавтоматическом или автоматическом режиме, что позволяет им
использовать большое число разнообразных способов (циклов) нарезания зубьев. На
рис. 4.28 представлено несколько принципиальных схем обработки попутного
фрезерования за один проход (рис. 4.28, а) и за два прохода (рис. 4.28, б),
попутного фрезерования с радиальной подачей за один проход (рис. 4,28, в) и
за два прохода (рис. 4.28, г), фрезерование за один попутный и один
встречный проход (рис. 4.28, д) и фрезерование многовенцовых зубчатых
колес (рис. 4.28, ё).
Фрезерование зубьев за два рабочих хода применяется для обработки
колес с модулем более 4 мм. Малый припуск на втором рабочем ходе
повышает стабильность качественных показателей процесса и стойкость
инструмента. Обработка зубчатых колес червячной фрезой с осевой подачей не
требует применения специального оборудования и является наиболее уни-
501
а) б)
Рис. 4.29. Схема зубофрезерования при радиальной подаче
инструмента (а) и последовательность вырезания при этом металла
режущими зубьями инструмента (б):
1 — заготовка; 2 — червячная фреза
версальным и распространенным способом обработки, несмотря на
повышенную длину врезания фрезы.
Зубофрезерование с радиальным врезанием фрезы целесообразно
применять при обработке колес с малой длиной зуба или косозубых колес (рис. 4.29).
Червячные фрезы выполняются большого диаметра и чем больше диаметр,
угол наклона зуба, радиальная подача и меньше осевая подача, тем больше
будет экономия основного времени на обработку. В то же время при этом
способе обработки трудно обеспечить соблюдение жестких допусков на
постоянное межосевое расстояние фреза-заготовка, что значительно снижает
область применения зубофрезерования с радиальным врезанием фрезы.
Широкое распространение получили четыре способа нарезания зубьев
червячными фрезами: с осевой, переменно-осевой, с радиально-осевой, с
диагональной подачей и за два рабочих хода (двухпроходное) зубофрезерование.
Фрезерование с осевой подачей осуществляется при подаче фрезы
параллельно оси обрабатываемого колеса (рис. 4.30, а). Этот способ наиболее
распространен. К его недостаткам можно отнести относительно большую
длину врезания фрезы, зависящую от ее диаметра и угла наклона зуба.
При фрезеровании с радиально-осевой подачей в начале фреза
осуществляет радиальную подачу, затем осевую. Этот способ целесообразно
применять для обработки закрытых венцов зубчатых колес и для сокращения
времени врезания. Недостатком этого способа является необходимость
использования специальных зубофрезерных станков.
Диагональное зубофрезерование обеспечивает равномерный износ всех
зубьев на рабочей длине фрезы, повышение ее стойкости и одновременное
улучшение качества нарезаемого профиля зубьев колеса. Принцип
фрезерования с диагональной подачей заключается в том, что фреза перемещается
по диагонали параллелограмма, образованного сочетанием движений осевой
и тангенциальной подачи, другими словами, перемещается под углом к оси
обрабатываемого колеса. Этот способ целесообразно применять для
обработки широких зубчатых колес (пакета колес) и колес не подвергаемых
дальнейшей чистовой обработке. Преимуществом данного способа перед
фрезерованием с осевой подачей является то, что зубчатые колеса нарезан-
502
2 4tP
Рис. 4.30. Схемы определения длины рабочего хода червячной фрезы:
а — обработка зуба с осевой подачей фрезы; б — обработка зуба за два
рабочих хода; в — обработка зуба с радиально-осевой подачей фрезы; J —
зубчатое колесо; 2 — червячная фреза
ные с диагональной подачей лучше прирабатываются, но этот способ
требует применения специальных станков.
Двухпроходное фрезерование (обработка за два рабочих хода)
осуществляется последовательно при одном закреплении заготовки. Процесс
аналогичен фрезерованию с осевой подачей, с той лишь разницей, что рабочие
ходы выполняются последовательно, (первый рабочий ход на попутной, а
второй на встречной подаче). После первого хода, выполненного на
попутной подаче, происходит подача фрезы на глубину 0,35... 1,0 мм,
увеличивается скорость резания и второй рабочий ход осуществляется на встречной
подаче. Преимуществом этого способа является высокое качество
обработки. Недостаток в том, что он применим только для колес модулем более 4,5 мм
и обычно требует большего времени на обработку (рис. 4.30, б).
При обработке зубьев колес с переменной (увеличивающейся) осевой
подачей при входе и выходе червячной фрезы увеличение подачи
происходит только при входе и выходе фрезы, на длине резания Lp фреза работает
при постоянной подаче.
При обработке зубьев колес с радиально-осевой подачей, фреза
осуществляет в начале радиальную подачу к оси колеса, затем переходит на
осевую подачу, т. е. также выполняет два рабочих хода (рис. 4.30, в).
503
Каждый из названных способов фрезерования имеет свои положительные
и отрицательные стороны. Способ фрезерования зубьев колес червячной
фрезой с радиально-осевой подачей требует применения специальных станков,
наблюдается повышенный износ зубьев фрезы, что вынуждает снижать
радиальную подачу (до 0,7 мм/об), но по сравнению со способом с осевой подачей
инструмента сокращается время на врезания фрезы. Радиально-осевую
подачу целесообразно использовать при обработке закрытых зубчатых венцов и
при работе фрезами большого диаметра, т. е. в условиях ограниченного
рабочего пространства. Обработка зубьев колес фрезами с диагональной подачей
повышает стойкость фрез (из-за более равномерного их износа).
Переменная (увеличенная) подача фрезы на входе и выходе из
заготовки повышает производительность обработки, но вызывает увеличение
микронеровностей поверхности зубьев, поэтому используется в тех случаях
когда предусмотрена последующая чистовая обработка зубьев колес (с
модулем до 5 мм).
При обработке зубчатых колес червячными фрезами предпочтение
следует отдавать попутному фрезерованию, способствующему повышению
стойкости инструмента. С уменьшением диаметра фрезы уменьшается
длина пути врезания и уменьшается основное технологическое время, но
ухудшается качество обрабатываемых поверхностей.
4.3.3. Расчет наладочных размеров при зубофрезеровании
В производстве зубчатых колес зубофрезерование червячными фрезами
по методу обкатки является самой распространенной, наиболее трудоемкой
и одной из важнейших операций для обеспечения высокого качества
изготовления зубчатых колес. Если исходить из формулы основного времени
фрезерования зубчатого колеса, то уменьшать его за счет повышения
скорости резания, осевой подачи зубофрезерования многозаходными фрезами.
Есть и другие пути повышения производительности и качества обработки:
попутное зубофрезерование, двухпроходное зубофрезерование,
автоматизация станка, одновременная обработка нескольких колес, быстродействущие
зажимных приспособлений, применение червячных фрез прогрессивной
конструкции, автоматической передвижки фрезы вдоль оси, фрезерование
червячными фрезами малого диаметра и т. д.
Качество изготовления зубчатого колеса прежде всего зависит от
точности заготовки, точности и состояния оборудования режущего инструмента и
зажимного приспособления. Важное значение имеет так же точный расчет
наладочных установок зубофрезерного станка, правильный выбор базовых
поверхностей заготовки в зажимном приспособлении и выбор оптимальных
режимов резания.
Рассмотрим методику наладочных размеров на примере зубофрезерного
полуавтомата модели 5Б312, который предназначен для обработки ци-
504
Ведомый
Рис. 4.31. Схема
расположения шкивов
линдрических колес с прямыми и косыми зубьями с Ведущий
наибольшим диаметром до 320 мм и модулем до 6 мм
в условиях серийного и массового производства.
Станок может обеспечить 7-8 степень точности. Наиболее
целесообразная область применения полуавтомата —
получистовая обработка зубчатых колес под
последующее шевингование, холодную прикатку или
шлифование.
На полуавтомате можно использовать
стандартные червячные фрезы диаметром до 160 мм и
специальные червячные фрезы для обработки со
скоростного резания до 100 м/мин на попутной или встречной
подаче.
Первым этапом расчета наладочных размеров является подбор сменных
шкивов гитары скоростей (рис. 4.31).
На станке 5Б312 скорость резания, м/мин, изменяется сменными
шкивами, которые выбирают в зависимости от частоты вращения (числа
оборотов) шпинделя червячной фрезы по формулам
Б 362' 1000 '
где А и Б — сменные шкивы; d$ — диаметр червячной фрезы, щ — частота
вращения шпинделя червячной фрезы, V— скорость резания, м/мин.
Изменением сменных шкивов А и Б шпинделю фрезы можно сообщить
восемь различных частот вращения.
Вторым этапом является расчет сменных колес гитары подач, которая
производится по формуле настройки гитары подач (рис. 4.32).
а с
~b"d
s0^K = s . s_s0^k
2%ZV 28' Z '
где a, b, с, d — сменные колеса гитары передач; S0 — осевая подача на
оборот заготовки, мм/об.; К— число заходов фрезы; ZK — число зубьев
обрабатываемого колеса; S — подача минутная, м/мин.
Третьим этапом является расчет сменных колес гитары деления (рис. 4.33).
Формула настройки гитары деления:
с.^+^ , w а_ с 24К
T~d~~Z~'
где а, Ъ, с, d — сменные колеса гитары деления; К —
число заходов червячной фрезы; Z — число зубьев
обрабатываемого колеса.
Рис. 4.32. Схема рас- Четвертым этапом является расчет сменных колес
положения сменных гитары дифференциала при нарезании косозубых колес
колес гитары подач (рис. 4.34).
505
Рис. 4.33. Схема
расположения сменных колес
гитары деления
Рис. 4.34. Схема расположения сменных
колес гитары дифференциала
Формула настройки гитары дифференциала
а с _ 6sinP
Ъ d тпгф '
где а, Ь, с, d— сменные колеса гитары дифференциала (d— промежуточное
колесо); р — угол наклона зубьев колеса, град, т„ — модуль нормальный,
мм; Z§ — число зубьев червячной фрезы.
Пятым этапом является расчет угла установки суппорта червячной
фрезы (табл. 4.3).
Таблица 4.3
Нарезаемое
колесо
Фреза
Положение
пакетника
вращения
фрезы
Направление
вращения
стола, фрезы,
установка
фрезы
Гитара
деления
Гитара
дифференциала
Правое
Правая
Правая
спираль
Левая
к
I
Левое
Правая
Левая
спираль
Р+а.>5° сь
Левая
А
I
Р->.>5° <*Ь
ш
ч
506
Угол установки суппорта червячной фрезы у определяется в
зависимости от направления наклона зуба колеса р и винтовой линии червячной
фрезы X. Рекомендуется применять одинаковый наклон. При нарезании
прямозубых колес угол установки у равен углу наклона винтовой линии
фрезы, т. е. у = X. При нарезании косозубых колес угол установки у
определяют по формулам.
Одинаковые направления наклона зуба колеса и наклона винтовой
линии фрезы при
Разные направления наклона зуба колеса и наклона винтовой линии
фрезы при
у = Р + Х.
Шестым этапом является выбор базовых поверхностей заготовки.
Производство зубчатых колес должно начинаться с получения
правильной формы заготовки. Неточная заготовка является первым источником
образования большинства погрешностей в зубчатом зацеплении, которые в
дальнейшем нельзя
исправить. Поэтому при
разработке технологического
процесса особое внимание уделяют
точности обработки базовых
поверхностей в заготовках.
В зависимости от формы
заготовки применяют
следующие виды базирования
(рис. 4.35). Колеса-валы с
модулем до 4...5 мм при зубо-
обработке базируют по
центровым фаскам, с модулем
свыше 4...5 мм по шейке
вала и центровой фаске.
Крутящий момент передается
обрабатываемой заготовке колеса
за шейку вала (рис. 4.35, а),
или посредством острых
пальцев, которые вминаются
в торец заготовки (рис. 4.35, б).
У колес-дисков в качестве
базовых поверхностей
применяют отверстие и торцы рис. 4.35. Различные виды базирования загото-
зубчатого венца (рис. 4.35, в, г). вок в зажимном приспособлении
б)
507
При зубофрезеровании и зубошевинговании целесообразно использовать в
качестве базы тот торец, который обрабатывается за один установ с
отверстием. Контроль лучше производить от торца, используемого при сборке.
Там, где возможно в качестве опорного торца выбирают наибольший
возможный диаметр, он обеспечивает наибольшее устойчивое положение
заготовки при резании.
Седьмым этапом является выбор червячных фрез. Они предназначены
для нарезания цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями,
червячных колес и шлицевых валов на зубофрезерных станках.
Чистовые червячные фрезы изготовляют трех типов и четырех классов
точности: тип 1 — фрезы цельные прецизионные класса АА, рекомендуются
для нарезания колес 5- и 7-й степени точности с модулем от 1 до 19 мм; тип
11 — цельные фрезы общего назначения классов точности А Б С с модулем
от 1 до 14 мм; тип 3 — сборные общего назначения классов точности А Б С
с модулем от 10 до 20 мм. Фрезы класса А рекомендуются для обработки
колес 7-8-й степени точности, класс Б — для 9-й, а класс точности С — до
10-й степени точности. В условиях массового производства нарезание
зубьев колес среднего модуля (2,5...6 мм) под шевингование производят
сборными фрезами класса А. Модуль фрезы должен быть равен модулю
нарезаемого колеса. Червячной фрезой одного и того же модуля можно нарезать
зубчатые колеса с различным числом зубьев. Число зубьев нарезаемого
колеса не должно быть кратным числу заходов фрезы, так как в случае
кратности ошибки шага (заходности) фрезы будут передаваться нарезаемому
колесу. Зубчатые колеса с числом зубьев до 15 нарезают однозаходными фрезами.
Восьмым этапом расчета наладочных размеров является выбор режимов
резания. Он зависит от многих факторов основными из них можно считать
материал и модуль обрабатываемого колеса, материал и конструкция фрезы,
жесткость и точность зубофрезерного станка и т. д. С повышением скорости
резания износ инструмента увеличивается больше, чем при увеличении
подачи. Повышение подачи в большей степени влияет на повышение
микронеровностей и снижение точности.
Выбор режимов резания может быть произведен на базе справочных
данных приведенных в табл. 4.4-4.8 и скорректирован исходя из опыта и
конкретных условий производства изделий.
Таблица 4.4
Параметр
Скорость
резания, (м/мин)
Сталь (предел
прочности на растяжение) ств
до
6- 108Па
60...90
свыше
6- 108Па
50...75
Чугун серый
фрезерование
без охлаждения
25...35
фрезерование с
охлаждением
55...65
Бронза
50...65
508
Поправочные коэффициенты при определении скорости резания
выбираются в зависимости от механических и химических свойств
обрабатываемого и режущего материала (табл. 4.5^.7).
Таблица 4.5
ав ■ 10"8 Па
НВ
*i
До 6,0
до 170
1,2
6,0... 7,0
до 200
1,0
7,0... 8,0
до 230
0,8
8,0...9,0
до 260
0,6
9,0...10,0
до 290
0,4
Таблица 4.6
Коэффициент
к2
Марка стали
35,45
1,1
18ХГТ
1
зохгт
0,9
12Х2Н4А
0,8
Таблица 4.7
Коэффициент
К3
Марка стали
Р6М5
0,9
Р9К10
1,2
Р9М4К8
1,3
Величина износа до задней поверхности зубьев фрезы при зубофрезеро-
вании выбирается равной 0,15...0,3 мм, под шевингование 0,7... 1,0 мм. Если
скорость резания выбрана правильно, обрабатываемая поверхность матовая,
ровная, а не блестящая, вызванная большим давлением инструмента.
Стружка изогнутая, гладкая, серого цвета, а не толстая с подрывом, сильно
деформированная, синего цвета в результате большого теплообразования.
На станке с автоматической передвижкой период стойкости фрезы не
должен быть меньше одной смены. Поправочные коэффициенты КЛ при
определении подачи выбираются в зависимости от числа заходов фрезы.
Таблица 4.8
Коэффициент
К4
Число заходов фрезы
1
1
2
0,75
3
0,55
Таблица 4.9
Операция зубо-
фрезерования
Черновая под
шевингование
Чистовая
Модуль, мм
2...4
4...6
5...8
Осевая подача — S0, мм/об
1,8...4
1,0...1,4
2,5
1,2... 1,6
3...4,5
1,4...2,0
509
Зубчатые колеса с модулем
до 4...4,5 мм обрабатываются
за один проход, более — за два
прохода. Для обеспечения
хорошего качества поверхности
наименьшая подача при
чистовом нарезании колес среднего
модуля равна 1 мм/об., малого
модуля 0,5 мм/об. При зубо-
Рис. 4.36. Схема осевого зубофрезерования фрезеровании косозубых колес
цилиндрических дисковых колес для определе- табличная подача соответствует
ния основного технологического времени подаче по направлению зуба S0,
а осевая подача будет меньше S0 = S0 cos р, где р — угол наклона зуба колес.
Последним этапом является расчет основного времени обработки (рис. 4.36).
Расчет основного технологического времени при обработке
цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем с осевой подачей
червячных фрез определяется по формуле
-^р.х^к
1
п^К N
где Lp х — длина рабочего хода; ZK — число зубьев обрабатываемого колеса;
«Ф — частота вращения червячной фрезы; S$ — подача фрезы на один
оборот зубчатого колеса; К — число заходов червячной фрезы; ТУ — число
одновременно обрабатываемых зубчатых колес (число зубчатых колес в пакете).
Длина рабочего хода фрезы определяется по формуле:
^р.х = 'р + 'вр + 'п + (ц'
где /р — длина резания; /вр — длина врезания; /п — длина перебега; /д —
дополнительная длина, определяемая формой колеса и наладкой.
Длина резания при обработке заготовок пакетом будет определяться
суммой высот каждой заготовки (венцов колес).
Длина резания определяется
Lp=BN,
где В — высота (ширина) венца обрабатываемого колеса (5 = /р).
Частота вращения червячной фрезы, с-1,
V
п = -
яс/А
В процессе обработки зубьев колес червячная фреза осуществляет главное
(вращательное) движение, при этом скорость, м/мин, определяется по формуле
510
г_Ч"ф
юоо
(и — частота вращения червячной фрезы, об/мин)
или
V = яс/фи
(и — частота вращения червячной фрезы, с'1).
Назначение режимов резания при зубофрезеровании червячной фрезой
заключается в выборе наиболее рационального сочетания подачи S0 и
скорости резания, обеспечивающих заданные качественные показатели процесса,
производительность и наименьшую себестоимость операции.
4.4. Процессы зубодолбления
Зубодолблением называется строгание зубьев инструментом в виде
зубчатого колеса, контур торца зубчатого венца которого служит режущей
кромкой. Зубодолбление применяется для обработки прямозубых и косозу-
бых цилиндрических колес различной конфигурации, шлицевых валов,
блочных колес, зубчатых реек и шевронных колес.
В отличие от нарезания зубьев червячными фрезами зубодолбление
позволяет обрабатывать зубчатые венцы там, где нет достаточного
пространства для выхода фрезы, например, блок шестерен, вал шестерня с фланцем,
внутренние венцы и т. д. (рис. 4.37). В таких случаях зубодолбление
становится единственным экономически целесообразным методом обработки.
При обработке открытых венцов зубчатых колес малых модулей (до 2,5 мм)
зубодолбление не только не уступает, но часто превосходит по
производительности зубофрезерование. При обработке колес модулем от 2,5 до 5 мм с
целью повышения производительности могут применяться
комбинированные схемы обработки, совмещающие
черновую и чистовую обработку зубьев. В общем
случае зубодолблению можно обеспечить
более высокую точность обработки, но из-за
потерь на холостые ходы по
производительности все же уступает зубофрезерованию.
В машиностроении зубодолбление
занимает второе место (после зубофрезерова-
ния червячными фрезами) и применяется
там, где метод фрезерования применять до- а) б)
рого или невозможно. Рис 437. Зубчатые колеса внут-
Конструкции зуборезных долбяков наи- реннего зацепления:
более консервативны, т. е. не претерпевают a _ открьпъ1Й зубчатый BeHeu; б -
значительных изменений, ни сборные, ни закрытый зубчатый венец
511
твердосплавные долбяки не получают широкого распространения. Повышение
стойкости долбяков добиваются традиционными методами, главным образом
за счет подбора наиболее износостойких марок быстрорежущих сталей,
совершенствования схемы резания и увеличения числа режущих зубьев. На
современных зубодолбежных станках стальные зубчатые колеса обрабатываются со
скоростью 0,2.. .0,3 м/с с круговой подачей 0,2.. .0,4 мм/дв.ход.
Зубодолбежные станки имеют короткую кинематическую цепь и
большое число двойных ходов (2500 дв.ход./мин и более), что позволяет
применять как быстрорежущий, так и твердосплавный инструмент. Режимы
резания для черновой и чистовой обработки изменяются автоматически. Станки
обладают высокой жесткостью (1...1,5 т на модуль и 1... 1,5 кВт на модуль).
Отвод заготовки при обратном ходе инструмента осуществляется
автоматически по заданной траектории. Гидростатические направляющие и
подшипники обеспечивают высокую точность обработки.
Твердосплавным инструментом обрабатывают в основном заготовки из
труднообрабатываемых материалов и твердостью до 42-61 HRC3.
Применение операции зубодолбления часто экономически
целесообразно при обработке колес с узким венцом (ободом), модулем до 2 мм и
большим числом зубьев (даже в тех случаях, когда возможна обработка и
червячной фрезой).
Долбяки выпускаются трех классов точности АА, А и В. Долбяки класса
точности АА предназначены для обработки колес 6-й, класса А — 7-й, а
класса В — 8-й степени точности. Долбяки редко изготавливаются из
твердых сплавов, в большинстве случаев используют быстрорежущие стали.
Твердость режущей части долбяков, изготовляемых из быстрорежущей
стали составляет 62-68 HRC3.
Различают дисковые, чашечные и хвостовые зуборезные долбяки.
Дисковыми и чашечными долбяками обрабатывают только наружные (внешние)
зубья колес. Хвостовые долбяки применяют для обработки колес внутреннего
зацепления (рис. 4.38).
Для нарезания прямозубых колес применяются дисковые долбяки, косо-
зубых — косозубые долбяки, прямозубых колес в упор-чашечные, долбяки,
для колес с внутреннего зацепления — хвостовые долбяки, шевронных
колес — косозубые парные долбяки. При нарезании косозубых колес косозу-
бый долбяк совершает дополнительный поворот в направлении наклона
зуба нарезанного колеса.
Типовой долбяк можно представить себе как коррегированное колесо,
причем если развернуть его, то он превратится в зуборезную рейку (гребенку).
Обычно все долбяки затачиваются по передней поверхности зуба (у = 5...9°). С
увеличением переднего угла стойкость долбяка повышается, но профиль
зубьев нарезаемого колеса искажается, поэтому передний угол обычно не
превышает 5°. Задний угол при вершине выполняется в пределах 4...8°, его
увеличение приводит к снижению стойкости инструмента. Угол боковой
режущей кромки составляет 2...3°.
512
6°30'
б)
в)
Рис. 4.38. Схемы долбяков:
а — насадной дисковый долбяк; б — насадной чашечный долбяк; в —
хвостовой долбяк
Зуборезные дисковые долбяки выполняются затылованными, с эволь-
вентным профилем зубьев.
В процессе обработки долбяк совершает возвратно-поступательное
движение параллельно оси обрабатываемого колеса (рис. 4.39). Долбяк и колесо
вращаются вокруг своих осей, при непрерывном движении обката
производится сближение осей (долбяка и колеса). Следует учитывать, что процесс
резания прерывистый, поэтому профиль зубьев обычно имеет огранку в
поперечном направлении.
Нарезание зубьев круглым дисковым долбяком осуществляется в
результате взаимовращения вокруг своих осей заготовки и долбяка. Инструмент
(долбяк) совершает возвратно-поступательное движение вниз (рабочий ход) и вверх
(холостой ход). Долбяк подводится к
заготовке до соприкосновения с ней. С этого момента
начинается процесс резания, с
автоматическим перемещением долбяка. При холостом
ходе заготовка отводится от инструмента.
Число двойных ходов составляет обычно от
2500 до 700 в минуту. Заготовка в процессе
обработки совершает вращательное движение
вокруг своей оси, создавая непрерывное
движение обката (рис. 4.40).
Отвод долбяка от обрабатываемой
заготовки осуществляется для того, чтобы рабо-
! 7 Технология машиностроения
Рис. 4.39. Схема обработки
зубьев одновенцового плоского
колеса насадным дисковым долбяком
513
чие поверхности инструмента не касались
заготовки на холостом ходу и не приводили к
дополнительному износу зубьев. Величина отвода долбяка
от детали равна 0,4...0,5 мм (при 700 двойных
ходов занимает всего 0,01 с). Точность обработки зу-
бодолблением в значительной мере зависит от
точности делительного механизма и долбяка, так как
1 их погрешности копируются на обрабатываемой
заготовке.
Рис. 4.40. Схема непре- Долбяка следует выбирать как можно меньше-
рывного движения объек- го диаметра, чтобы увеличить его жесткость и
чиста, осуществляемого при Ло оборотов в процессе нарезания колеса, и тем
зубодолблении: самым выравнить ошибки окружных шагов по
1 — заготовка; 2 — долбяк всему венцу, Число зубьев долбяка целесообразно
выбирать не равным и не кратным числу зубьев
нарезаемого колеса, причем отличаться они должны не Менее, чем на 2-3
зуба. При нарезании внутренних зубьев колес разность чисел зубьев колеса
и долбяка должны быть более 12. Диаметр хвостовых долбяков
ограничивается размерами обрабатываемого отверстия. Долбяки нарезающие зубчатые
колеса под шевингование должны иметь утолщения (усики) на головке зуба
для образования ими подреза у основного зуба нарезаемого колеса. Для
обеспечения многопарного зацепления этого делать не следует.
Особенностями процесса резания при зубодолблении можно считать то,
что многолезвийный инструмент (долбяк) работает с относительно низкими
скоростями резания, а следовательно, выделяется небольшое количество
теплоты. В то же время все режущие элементы инструмента нагружены
неодинаково. Высокие давления в местах контакта инструмента и заготовки
обуславливают интенсивное развитие трибологических процессов,
имеющих адгезионную природу. Переменность толщины и вида стружки,
снимаемой каждым зубом долбяка, отражается на величине износа режущих
кромок. Оценивается износ зубьев долбяка по задней грани (поверхности).
Допустимый износ по задней поверхности зубьев долбяков из
быстрорежущей стали при обработке заготовок из стали и чугуна составляет
0,8... 1,0 мм при черновой и 0,1...0,2 мм при чистовой
обработке (рис. 4.41). Период стойкости дисковых
долбяков при черновой обработке зависит от модуля т.
Например, при модуле от 3 до 6 мм стойкость
инструмента составляет 5 ч, при модуле от 8 до 10 мм — 7 ч.
При чистовой обработке стойкость долбяков вне
зависимости от модуля составляет примерно 4 ч.
Стойкость долбяков можно повысить, в
Частности, за счет нанесения износостойких покрытий на их Рис. 4.41. Схема из-
рабочие поверхности. При нанесении износостойких носа режущего зуба
покрытий TiN на зуборезные долбяки силы резания зуборезного долбяка
514
снижаются на 20 %, что
позволяет пропорционально
увеличить подачу. Правда,
следует учитывать, что с
увеличением скорости и подачи
при зубодолблении
увеличиваются заусенцы на торце
обрабатываемых колес.
Сравнение вариантов,
принимаемых конструктивных и
технологических решений в
первом приближении,
следует проводить по основному
технологическому времени
(рис. 4.42).
Основное технологиче-
Рис. 4.42. Схема определения длины рабочего
хода долбяка:
1 — обрабатываемое колесо; 2 — инструмент (долбяк)
ское время при обработке цилиндрических зубчатых колес дисковыми дол-
бяками определяется по формуле
*„=■
К
$рпяв.х
ZtztH,Zv
L_S_
^кр"дв.х,
где hK — высота нарезаемого зуба колеса; Sp — радиальная подача долбяка
S =(0,1...0,3)5^; «двх — частота возвратно-поступательного движения
долбяка; т, — торцевой модуль; 7^ — число зубьев нарезаемого колеса; S^ —
круговая Подача; i — номера проходов.
Частота двойных ходов при возвратно-поступательном движении
долбяка равна
1000 V
2L,
'р.х
где V— скорость резания.
Длина рабочего хода долбяка
V=/BP+LP+/n4'
где Lp — длина резания (винта венца колеса); /вр — длина врезания; /п —
длина перебега /п «/вр «3,5 мм; /д — длина дополнительная, связанная с
особенностями процесса (часто /д = 0).
При обработке открытых венцов величина врезания и перебега долбяка
практически одинаковые и составляют в сумме не менее 5 мм. При
обработке закрытых венцов необходимо учитывать величину перебега долбяка,
возможность выхода стружки и дополнительного страховочного зазора
(1.. .2 мм) между режущей кромкой долбяка и торцем заготовки.
515
Рис. 4.43. Схема нарезания (долбления) зубьев крупномодульных
колес зубчатыми гребенками:
1 — обрабатываемое колесо; 2 — зубчатая гребенка
Крупномодульные прямозубые и косозубые цилиндрические колеса
можно обрабатывать гребенками. Принцип работы которых аналогичен
реечному зацеплению (рис. 4.43). Зубчатая рейка заменяется инструментом-
гребенкой, нарезаемое колесо вращается и перемещается вдоль гребенки,
которая в свою очередь совершает возвратно-поступательное движение
аналогично круглому долбяку, т. е. после каждого рабочего хода, она отводится
от заготовки возвращается в исходное положение.
Гребенка выполняется со значительно меньшим числом зубьев, чем
обрабатываемое колесо, поэтому обкат колеса по гребенки многократно
повторяется. Одной гребенкой можно нарезать прямозубые и косозубые
цилиндрические колеса. Профиль зубьев гребенки прямолинейный как у
рейки. Зуборезные гребенки за счет державки устанавливаются на станке так,
чтобы их передний угол составлял 5...6°, а задний 12...18°. В массовом и
крупносерийном производстве можно использовать зубодолбежные
многорезцовые головки и протяжки, работающие по методу копирования без
деления.
Схема зубодолбежной головки, обеспечивающей одновременную
обработку всех зубьев колеса представлена на рис. 4.44. Число резцов головки
соответствует числу и профилю впадин нарезаемого колеса 5. В процессе
обработки заготовки резцы 4, расположенные в радиальных пазах,
постепенно подаются к центру заготовки за счет движения вниз наружного
конуса подачи 2. При холостом ходе резцы отводятся от заготовки на 0,5 мм за
счет движения вверх внутреннего конуса отвода 3.
Высокая производительность процесса обусловлена одновременной
обработкой всех зубьев колеса, но из-за сложности переналадки обычно
предназначается для обработки определенных колес (с одним числом зубьев).
Зубодолбежные головки одновременно обрабатывают все впадины
зубьев колес, резцами, имеющими профиль впадины обрабатываемых колес
(см. рис. 4.44). Резцы размещены в пазах корпуса инструмента и
периодически перемещаются в радиальном направлении перед каждым рабочим
ходом. Подача резцов осуществляется за счет конусов корпуса зубодолбежной
головки, перед обратным ходом резцы немного отводят (чтобы не касаться
обрабатываемой поверхности).
516
Рис. 4.44. Схемы зубодолбления многорезцовой головкой
одновременно всех зубьев колеса:
1 — резцовая головка; 2 — наружный конус; 3 — внутренний конус; 4 —
резцы; 5 — обрабатываемое колесо
Каждую головку изготавливают для определенного колеса, поэтому их
использование целесообразно только в условиях массового производства
зубчатых колес.
Несмотря на высокую производительность (в 6 раз превышающее
обычное зубодолбление) из-за значительной сложности и стойкости инструмента
этот метод распространения не получил. Зубодолбежными головками
нарезают наружные цилиндрические и блочные колеса, а также шлицевые валы
небольшой длины в условиях массового производства. У зубодолбежной
неподвижной головки, выполненной в виде диска и опорного фланца, резцы
имеют форму впадины определенного колеса. Комплект резцов обеспечивает
обработку нескольких тысяч колес. Радиальное перемещение резцов в пазах
зубодолбежной головки в начале врезания осуществляется в пределах 0,5 мм
на один двойной ход заготовки и в пределах 0,6 мм в конце врезания.
Смещение резцов к заготовке осуществляется за счет опускания конуса подачи, а их
отвод на 0,5 мм за счет движения вверх конуса отвода. Скорость возвратно-
поступательного движения заготовки обычно составляет 7...8 м/мин.
Зубодолбежная головка неподвижна, а главное движение совершает
заготовка. Радиальную подачу от 0,5 до 0,05 мм/дв.ход. осуществляют резцы.
Скорость резания головки до 10 м/мин.
При нарезании всех зубьев одновременно резцовыми головками
радиальная подача Sp долбяка зависит от твердости заготовки (HRC3),
например, при 20-22 HRC3, Sp =0,05...0,02 мм/дв.х., а при 22-32 HRC3,
Sp= 0,04...0,015 мм/дв.х.
Основное технологическое время при обработке долблением (методом
копирования) всех зубьев колеса с определенным числом зубьев и модулем
определяется по формуле
517
Рис. 4.45. Схемы высокопроизводительных методов зубодолбления:
а — одного венца; б — одновременно двух венцов; в — одновременно
нескольких колес; 1 — заготовка; 2 — инструмент
_ (1,1-1,2)6
5рад"
где h — глубина нарезаемой впадины, мм (м); Spaa — радиальная подача
резцов на один двойной ход заготовки, мм (м); и — число двойных ходов
заготовки, мин (с).
Для повышения производительности в условиях массового и
крупносерийного производства можно использовать для обработки зубьев сразу два
долбяка, устанавливаемых в штосселе зубодолбежного станка. При
обработке одного венца первый долбяк является черновым, а второй чистовым
(рис. 4.45, а). При одновременной обработке двух венцов зубчатого колеса
каждый из долбяков будет обрабатывать свой венец (рис. 4.45, б).
Из-за того, что крепежные гайки дисковых долбяков выступают за
пределы передней поверхности зубьев их обычно применяют для обработки
колес, у которых второй венец выступает за обрабатываемый венец не
более, чем на 5 модулей. При большем диаметре второго венца применяют
чашечные долбяки,
Возможно применение схемы одновременной обработки нескольких
(небольших по диаметру) колес, обкатываемых вокруг большого по
диаметру сегментного долбяка (рис. 4.45, в). В этом случае у долбяка удаляют
несколько зубьев, что позволяет сразу установить инструмент и заготовку на
нужное межосевое расстояние и производить обработку только при осевой
подаче (без радиальной подачи).
Конструкция сегментного долбяка напоминает круговую протяжку,
На нем имеются черновые и чистовые зубья, а также участок без зубьев
для снятия и установки заготовок. Сегментный долбяк совершает
возвратно-поступательное движение и вращается вокруг своей оси,
Заготовка обкатывается вокруг долбяка, а на участке без зубьев, происходит
смена заготовок.
При обработке зубьев колес применяют совмещение способов
обработки в пределах одного из методов совмещение обработки (со снятием мате-
518
риала и без снятия материала).
Комбинированную обработку можно выполнять не только за
счет совмещения несколько инструментов в
одном, но и за счет совмещения различных
операций. Например, возможно совмещение на
специальном оборудовании операции зубофрезеро-
вания и зубодолбления (рис. 4.46). Например,
при обработке двухвенцовых колес эти
операции могут быть совмещены, т. е. обработка
заготовки выполняется при одном установе, что
обеспечивает повышение точности обработки,
■ 4.5. Процессы протягивания зубьев колес
Протяжки применяют для обработки зубчатых колес как с внутренними,
так и наружными зубьями. При обработке внутреннего зубчатого профиля
колес протяжки выполняются аналогично эвольвентным шлицам отверстий.
Наружные протяжки для обработки зубьев могут быть однопрофильные
секторные и охватывающие, Однопрофильные протяжки последовательно
обрабатывают впадину между зубьями колес с поворотом заготовки на
угловой шаг. Протяжки могут выполняться либо в виде шпоночных, либо
круговых. Круговое протягивание не имеет холостых ходов и является
производительным и перспективным методом обработки.
Главное движение фрез-протяжек — вращательное, одновременно
происходит перемещение инструмента в направлении обрабатываемой
впадины, режущие кромки, последовательно вступают в работу — образуют
различные участки профиля впадины.
Протяжки секторного типа обрабатывают одновременно группу зубьев,
затем обрабатываемое колесо поворачивается для обработки следующего
сектора зубьев. При применении протяжек охватывающего типа — рабочее
движение подачи обычно сообщается заготовке. Режущие зубья
охватывающей протяжки располагаются по всему обрабатываемому контуру
зубчатого колеса. Они имеют форму нарезаемых впадин. Протяжки
выполняются сборными в виде набора колец или отдельных шпоночных (протяжек).
Например, на операции зубонарезания обода на маховике
автомобильных двигателей охватывающее зубопротягивание позволяет заменить 15 зу-
бофрезерных станков (рис. 4.47). Охватывающее протягивание обеспечивает
обработку одного венца маховика в пределах 3 с, стойкость инструмента между
переточками составляет 10-12 тыс. изделий,
Однако конструкции охватывающих протяжек, предназначенных для
одновременной обработки всех впадин зубьев колес очень сложны в
изготовлении и дорогостоящи. Поэтому автомобилестроительные фирмы успешно
Рис. 4.46. Схема
комбинирования операций зубофрезе-
рования и зубодолбления:
1 — заготовка; 2 — червячная
фреза; 3 — дисковый долбяк
519
используют
высокопроизводительный и относительно
простой метод
однопрофильного кругового протягивания
для изготовления зубчатых
колес. Протяжка,
выполненная в виде диска непрерывно
вращаясь с постоянной
скоростью против часовой стрелки,
Рис. 4.47. Схема охватывающей протяжки обрабатывает за один оборот
только одну впадину колеса.
Производительность данного метода и стойкость инструмента сравнима с
охватывающим протягиванием, но за счет технологичности, процесс значительно
дешевле.
Круговое протягивание прямых зубьев цилиндрических колес также
относится к методу копирования, и, следовательно, точность зубонарезания в
большой степени зависит от точности изготовления инструмента, в частности,
зубьев круговой протяжки.
Резцовые блоки протяжки обычно имеют четыре-шесть зубьев и два-
три отверстия для крепления блока на корпус протяжки (рис. 4.48).
Перетачиваются резцы только по передней грани.
Отсутствие движения подачи, совмещение черновой и чистовой
обработки, одновременная обработка двух боковых сторон впадин обеспечивает
значительное преимущество данному методу обработки зубьев колес.
Подъем на зуб черновых блоков обычно составляет 0,2 мм. При модуле менее 5 мм
черновая и чистовая часть протяжки легко объединяются в одном
инструменте. Режущие части зубьев круговой протяжки образуют дуговые
поверхности, поэтому зубья цилиндрических колес могут иметь только
приближенную к эвольвентной форму. Для обеспечения эвольвентной боковой
поверхности зубьев цилиндрических колес
процесс протягивания может дополняться
процессом фрезерования.
Фрезопротяжка создана путем
объединения двух секторов (круговой
протяжки, дисковой модульной фрезы).
Свободный сектор разъединяет первый и
последний режущие зубья протяжки. За один
оборот фрезопротяжка производит
черновое и чистовое нарезание зубьев.
Чистовые зубья соответствуют профилю впадин
зубьев.
Теоретически профиль боковой ре- Рис 4 48 Схеш блочного резца
жущей кромки зубьев фрезопротяжки со- на головке для кругового протяги-
стоит из эвольвенты и удлиненной эпи- вания
520
циклоиды, в практике с достаточной степенью
точности зубья выполняются по двум или
более дугам окружности, что значительно
удешевляет их изготовление. При этом профиль
зубьев выполняется модифицированным (с
постепенным утолщением головки и ножки
или только головки зуба). Для облегчения
контроля режущего зуба он должен иметь
прямолинейный участок. Черновые зубья имеют
передний угол заточки больше 0°, что
обеспечивает высокую стойкость, профиль боковых
сторон зубьев фрезопротяжки может
выполняться по одной дуге окружности.
Схема нарезания впадин зубьев колес
фрезопротяжкой показана на рис. 4.49.
При фрезопротягивании зубьев колес на Рис. 4.49. Схема нарезания
обработку затрачивается более 80 % времени зубьев колес фрезопротяжкой
резания, что снижает производительность. Кроме того, продольное
перемещение больших масс (головки с колесом), необходимых в процессе
резания, не только усложняет конструкцию станка, но и снижает его
жесткость. Поэтому особый интерес представляет кинематика кругодиагональ-
ного протягивания, разработанного профессором, доктором технических
наук В. Д. Клепиковым.
Сущность метода кругодиагонального протягивания заключается в том,
что каждая режущая точка зуба чистовой части инструмента перемещается
по прямой или близкой к прямой линии,
параллельной оси нарезаемого колеса. При
этом нарезаемое колесо (в отличие от фре-
зопротягивания) в процессе нарезания зуба
неподвижно. На рис. 4.50 показана схема
кругодиагональной протяжки 1, на которой
размещен ползун 2 с режущими сегментами 3.
Перемещение ползуна производится по
копиру 4.
Протяжка (кроме вращательного
движения, совершаемого черновыми зубьями,
расположенными на диске), совершает и
возвратно-поступательное прямолинейное
движение чистовыми зубьями ползуна
(последние зубья которого являются калиб-
Рис. 4.50. Схема кругодиагональ- рующими).
ной протяжки: Круговым протягиванием производится
1 протяжка; 2 ползун; 3 прорезание впадины на большую высоту
режущие сегменты; 4 — копир зуба колеса, а кругодиагональное протяги-
521
а) б) в)
Рис. 4.51. Схемы резания при протягивании зубьев колес:
а — профильная (обычная); б — генераторная; в — групповая (прогрессивная)
вание производит только чистовое резание боковых поверхностей зуба, что
позволяет повысить качество и производительность обработки. При
протягивании зубьев колес возможно применение профильной генераторной и
прогрессивной схемы резания (рис. 4.51). Обычно при круто диагональном
протягивании черновые зубья работают по генераторной схеме резания.
Схема срезания слоев металла зубьями кругодиагональной протяжки
представлена на рис. 4.52, а. Чистовые зубья обычно работают по
профильной схеме резания (рис. 4.52, б). Особенностью процесса резания при круго-
диагональном протягивании является меняющиеся кинематические
передний и задние углы резания, из-за прямолинейного перемещения резцов при
их вращении. Однако незначительное изменение переднего угла не
сказывается существенным образом на процесс резания (рис. 4.52, в).
Статический задний угол а в середине обрабатываемого колеса будет
равен кинематическому углу. В первоначальный момент резания задний угол a.i
будет больше, а в конце резания а2 меньше статического заднего угла а.
Эти углы определяются из уравнений:
ai =« + (¥*,-90);
a2=a + (90-\|/is),
б) в)
Рис. 4.52. Схемы резания чистовых зубьев крутодиагональной протяжки
522
где а — статический задний угол на вершине чистового зуба протяжки; \\ii —
угол поворота протяжки, отсчитываемый от нормали к общему
перпендикуляру к осям колеса и протяжки при начале резания чистового зуба; у6 — то
же в конце резания чистового зуба.
Практика показывает, что при заднем угле а « 10° вполне допустимо
иметь кратковременное резание углом а2 « 0,5° а « 5°. Наибольшая ширина
нарезаемого колеса будет зависеть от диаметра кругодиагональной
протяжки и определяется по формуле
и 180
где Д, — наружный диаметр кругодиагональной протяжки.
При кругодиагональном протягивании бочкообразность зубьев
нарезаемого колеса достигается путем сочетания равномерного вращательного
движения и неравномерного прямолинейного возвратно-поступательного
движения ползуна. Последние зубья черновой части протяжки зачищают
впадину за счет того, что выполняется чуть большей ширины, чем все
предыдущие, их можно считать калибрующими зубьями черновой части
протяжки. Однако припуск под обработку зубьями, расположенными на
ползуне, оставляется неравномерный, он незначительно увеличен у торцев колеса.
Зубья, расположенные на ползуне протяжки, работают полным
контуром, создавая бочкообразность зубьев и прямую поверхность впадины зуба.
Шаг между чистовыми зубьями, установленными на ползуне протяжки,
выбирают с тем расчетом, чтобы в резании всегда участвовал только один зуб.
В связи с тем, что припуск для чистовых зубьев незначителен, вполне
достаточно 5 зубьев.
Учитывая, что при фрезеровании червячной фрезой под шевингование
обычно образуют подрез у ножки зуба колеса, на ползуне протяжки один
зуб предназначается для создания этого подреза. Станки для кругового
протягивания могут нарезать прямозубые и косозубые колеса.
При фрезопротягивании в момент прохождения получистовых зубьев
делительная головка перемещается навстречу движению режущих зубьев
протяжки, а при вступлении чистовых зубьев — осуществляет движение в
обратном попутном направлении. При прохождении чистовых зубьев и
поворота обрабатываемого колеса, для обработки следующей впадины,
делительная головка возвращается в исходное положение. При
кругодиагональном протягивании делительная головка во время обработки зубчатого
колеса неподвижна, и только в момент прохождения свободного сектора
протяжки она поворачивает колесо на один зуб.
После полной обработки зубчатого колеса протяжка продолжает
вращаться, а делительная головка отводит от зоны обработки деталь для
установки новой заготовки, и цикл повторяется. Возможности кругового протя-
523
гивания выше, чем у зубофрезерования по точности обработки и снижению
припуска под шевингование. Общее количество режущих зубьев Z0 круто-
диагональной протяжки определяется по следующей формуле:
Z0 = Z[ + Z2 + Z3,
где Z] — число зубьев, производящих черновое резание (по генераторной
схеме); Z2 — число чистовых зубьев; Z3 — число зубьев, образующих подрез
у ножки зуба обрабатываемого колеса. Число чистовых зубьев равно
Z-±
где h — глубина впадины между зубьями колеса; Sz— подача на зуб.
Число чистовых зубьев равно
Z
(и \
-3L + 1
V^zs
2" lg2 '
где /zs — наименьший припуск в торцевой плоскости; Sz& — наименьшая
подача на чистовой зуб.
Подрез у ножки зуба образуется обычно одним зубом, т. е. Z3 = 1. Таким
образом, общее число режущих зубьев кругодиагональнои протяжки можно
определить по следующей формуле:
о
(и Л
ySZ8 J
Sz lg2
Общее число зубьев фрезопротяжки
h_ Bx В.
Sz+ S0,cosP + S0 cosp
Zo6.*= —+ ТГ-Ь7 + ТГ-2-777 + (1-3)'
где В\ — величина хода суппорта при получистом фрезеровании; 52 —
величина хода суппорта при чистовом фрезеровании; S0 — величина
продольной подачи на зуб при получистовом фрезеровании; S0 — величина
продольной подачи на зуб при чистовом фрезеровании; Р — угол наклона
суппорта изделия относительно плоскости вращения инструмента.
Для упрощения и унификации оснастки для изготовления протяжек и их
заточки используют понятие условного общего числа зубьев, как бы
заполняющих всю периферию инструмента.
Условное общее число зубьев кругодиагональнои протяжки
определяется по формуле
524
^=TZ+K
Ig
(и Л
V^zs
lg2
■ + Z
5«
где A^ — коэффициент, показывающий, во сколько раз шаг между
чистовыми зубьями больше шага между черновыми зубьями; п —
коэффициент, показывающий, во сколько раз сектор, свободный от резцов, больше
ширины зубчатого венца; В — ширина нарезаемого зубчатого венца; tr —
шаг между черновыми зубьями.
Условное общее число зубьев фрезопротяжки определяется по формуле
Z„„A= —+ -
в
о-У-
Sz S0cosp S0
^- + fi + (,...3).
cos p tr
Условное общее число зубьев округляется до значения, кратного 360,
затем выбирается шаг между зубьями и округляется условное число зубьев,
после чего можно определить наружный диаметр круговой протяжки по
формуле
где Zn у — принятое условное общее число зубьев протяжки.
Важное значение для обеспечения точности профиля зуба нарезаемого
колеса имеет величина смещения положения оси колеса относительно оси
протяжки. При увеличении этого теоретического расстояния зубья нарезаемого
колеса утоньшаются к вершине, а при уменьшении утолщаются.
Геометрия режущих зубьев кругодиагональной протяжки аналогична
фрезопротяжкам, а количество режущих зубьев меньше при прочих равных
условиях. Количество зубьев кругодиагональной протяжки, работающих по
профильной схеме резания, рекомендуется выбирать не более шести.
Станок для нарезания зубьев кругодиагональной протяжкой
комплектуется по типу агрегатных станков, и количество позиций зависит от
требуемой производительности. Для обработки средних модулей рекомендуется не
более трех позиций (рис. 4.53).
Оптимальная стойкость кругодиагональной протяжки, мин,
определяется по формуле
В
T3=(li-l)\T(M+-),
где ц — показатель степени скорости резания (при конечном износе h3 = 0,5 мм;
т = 3,7); Тсм — время смены и подналадки за период стойкости; В — общие
затраты, обусловленные амортизацией, заточкой и эксплуатацией режущего
525
Рис. 4.53. Схема определения времени резания при кругодиагональ-
ном протягивании зубьев колес:
1,2, 3 — обрабатываемые заготовки; 4 — кругодиагональная протяжка
инструмента, за период его стойкости от заточки до заточки; А — общие
затраты, обусловленные одной минутой работы станка без затрат на
режущий инструмент, занятый при выполнении операции.
Обработка цилиндрических зубчатых колес непрерывным кругодиаго-
нальным протягиванием обеспечивает повышение производительности в 1,2
раза относительно фрезопротягивания и в 5 раз относительно червячного
фрезерования, стойкость кругодиагональных протяжек выше стойкости
фрезопротяжек в 1,5 раза при равных качественных характеристиках.
При обработке зубчатых колес диаметром от 30 мм до 300 мм, модулем
до 6 мм, диаметром протяжки 400...800 мм, числом суппортов 1-3, числом
оборотов шпинделя 12...30 об/мин, время нарезания одной впадины зуба
колеса составляет от 1 до 4 с. При этом обеспечивается 7-я степень точности
обработки, т. е. фактически обеспечивается производительность, равная
производительности 5 зубофрезерных станков.
Особенностью настройки круговых протяжек является то
обстоятельство, что настройка их ведется по боковым режущим кромкам зубьев,
обеспечивая при этом совмещение оси симметрии зубьев с осью нарезаемого
колеса и точность заданного настроечного размера. Этим требованиям отвечает
прибор для комплексной настройки.
Основное время нарезания зубьев конического зубчатого колеса, мин,
методом кругового протягивания определяется по формуле
/ =
(тр + тпов)гк
«60
526
где Гр — время нарезания одного зуба колеса, с; Гпов — время поворота
колеса на один зуб, с; ZK — число зубьев, нарезаемого колеса; п — число
одновременно обрабатываемых колес.
Число одновременно обрабатываемых колес легко определить по схеме
компоновки зубопротяжного станка.
И 4.6. Методы нарезания зубьев колес зубострогальными резцами
Зубострогальные резцы применяют для обработки конических
прямозубых колес. Этот метод прост и универсален, но низкопроизводителен.
Поэтому его применяют в единичном и мелкосерийном производстве. При зу-
бострогании достигается 6-7 степень точности.
Прямозубые конические колеса (с модулем от 0,3 до 20 мм)
обрабатываются двумя зубострогальными резцами по методу обката. Колеса с
модулем до 2...4 мм обрабатываются за одну операцию, при большем модуле за
две — черновую и чистовую. Резцы расположены один сверху (верхний
резец) другой снизу (нижний резец) относительно зуба нарезаемого колеса
(рис. 4.54). При черновом нарезании с одинарным делением нижний резец
нагружен больше, чем верхний, так как снимает напуск (работает в
сплошном металле). Одинарное деление обусловлено тем, что резцы
обрабатывают разные стороны одного зуба колеса (рис. 4.55).
При двойном делении верхний и нижний резцы обрабатывают каждый
свою впадину между зубьями, в этом случае деление производится с
поворотом сразу на два зуба колеса (двойное деление). Данный способ
применяется в среднесерийном производстве, при производстве колес модулем
более 6 мм и числом зубьев более 24.
Простота конструкции, относительно небольшая их себестоимость,
высокая общая стойкость (допускает большое количество переточек) обеспечило
зубострогальному инструменту широкое распространение. Режущая часть
резцов обычно изготавливается из быстрорежущей стали (Р6М5, Р9 и др.), а
основание из стали 40Х. Комплект состоит из двух резцов, каждый из которых
обрабатывает одну из сторон зуба колеса. Резцовые головки имеют набор резцов.
Du Du Du
Рис. 4.54. Нарезание конических зубчатых колес с прямыми зубьями
двумя зубострогальными резцами
527
/
I'
а)
б)
Рис. 4.55. Схемы чернового нарезания зубьев
зубостроганием:
a — нарезание зубьев одинарным делением; б —
нарезание зубьев двойным делением; 1 —
обрабатываемое колесо; 2 — нижний резец; 3 — верхний
резец
На зубострогальном станке
как бы создается зацепление
нарезаемого колеса с
воображаемым, боковые стороны зубьев
которого образуются
движением режущих кромок
инструмента. В процессе обработки резцы
совершают
возвратно-поступательные движения и каждый
резец обрабатывает одну
сторону зуба.
Профиль зубьев
обрабатываемых колес получают
методом огибания на принципе
зацепления с плоским
производящим колесом. Главным движением является перемещение резцов вдоль
обрабатываемого зуба. Зубострогальные резцы работают в паре для
обработки правой и левой стороны зуба, они получили название правый и левый
резец.
Зубострогальный резец выполняется двухсторонним, поэтому при его
затуплении с одной стороны резцы меняют местами, поворачивая на 180°.
Передний угол резцов обычно равен 20...22°. Схема стандартного резца
представлена на рис. 4.56.
Резцы изготавливают четырех типоразмеров длиной L = 40, 75, 100 и
125 мм и высотой Н = 27, 43, 60, 75 соответственно. Некоторые
геометрические особенности каждого типоразмера стандартных резцов учитывают
геометрические особенности обрабатываемых колес.
Допустимый износ по задней гране черновых резцов для нарезания
конических колес при обработке заготовок из стали и чугуна составляет
0,8... 1,2 мм, чистовых — 0,2...0,4 мм. Приблизительный период стойкости
черновых и чистовых резцов при обработке колес модулем до 8 мм
составляет более 3 ч. Величина
допустимого стачивания при
переточках обычно не
превышает 75 % от общей
длины зубострогального резца
(рис. 4.57).
При чистовом нарезании
крупномодульных колес
зубострогальные резцы могут
выполняться со стружкораз-
делительными канавками для
дробления стружки.
Нестандартные резцы выполняют
Рис. 4.56. Схема стандартного зубострогального
резца
528
L ^
Д.с 'д.с
■ Ш&.Ш-1* ^L-J1£J-V
а) б)
Рис. 4.57. Схема износа и стачивания зубострогального резца из
быстрорежущей стали для обработки прямозубых конических колес:
h — величина износа резца по задней грани; L — общая длина резца; /д с —
величина допустимого стачивания резца при переточках
фасонными, совмещенными с чистовыми, бреющие, с возможностью
обработки двух сторон впадины зубьев, комбинированные и др.
Различие конструктивных решений связано с поисками путей,
обеспечивающих повышение производительности и качества обрабатываемых
поверхностей.
■ 4.7. Процессы нарезания зубьев колес двумя дисковыми фрезами
Обработки прямозубых
конических колес двумя дисковыми фрезами,
расположенными в одной впадине
между зубьями, ведется методом обката
(рис. 4.58). За счет установки фрез под
наклоны и проникновением зубьев
верхней фрезы во впадины нижней,
создавая при этом как бы один
инструмент, появляется возможность
размещения режущих кромок фрез в
одной впадине обрабатываемого колеса.
Такое совмещение создает как бы
форму зуба рейки, по которой катится
колесо, создавая движение обката.
Дисковые фрезы выполняются
сборными (со вставными резцами) и
разделяются на верхнюю леворежущую
(вращающуюся по часовой стрелке) и
нижнюю праворежущую
(вращающуюся против часовой стрелки).
Конструктивно фрезы выполнены
одинаковыми, меняется только направление
529
Рис. 4.58. Схема нарезания зубьев
конических колес двумя дисковыми фрезами:
1 — заготовка; 2,3 — дисковые фрезы; 4 —
воображаемая рейка
режущих кромок резцов из-за разных направлений вращения фрез. Резцы
одной фрезы располагаются между резцами другой фрезы, причем каждая
фреза обрабатывает свою сторону зуба колеса. Две дисковые фрезы
поставляются и работают в комплекте в течение всего срока их службы.
Для получения бочкообразности на зубьях колеса режущие элементы
фрез (резцы) выполняют с поднутрением, при этом съем металла в середине
будет меньше, чем на концах зубьев. Процесс фрезерования зубьев колес
двумя дисковыми фрезами более производительный, чем нарезание зубьев
двумя зубострогальными резцами, поэтому его применение рентабельно как
в среднесерийном, так и крупносерийном производстве.
4.8. Процессы зубошевингования
4.8.1. Особенности процесса шевингования
Шевингованием является процесс чистовой обработки зубьев колес,
выполняемых при помощи инструмента — шевера, соскабливающего с
поверхности зубьев тонкую стружку толщиной 0,005.. .0,1 мм (0,000005.. .0,00001 м).
Шевером называют многолезвийный инструмент в виде зубчатых
колеса (или рейки) с лезвиями на боковых поверхностях его зубьев, для
обработки боковых поверхностей зубьев, при которой для осуществления резания
используется относительное скольжение между зубьями инструмента и
заготовки в процессе их зацепления.
Напомним, что многолезвийным инструментом называется лезвийный
инструмент, лезвия которого расположены в направлении главного
движения резания последовательно.
Основными параметрами дискового шевера является модуль т,
наружный диаметр de, угол наклона зубьев Р, ширина В, диаметр посадочного
отверстия D, число зубьев Z,
номинальный делительный
диаметр da- Как видно из
рис. 4.59 дисковый шевер
имеет форму зубчатого
колеса, на зубьях которого
нарезаны мелкие канавки,
образующие режущие зубья.
Оси шевера и заготовки
перекрещиваются,
принудительное вращение
сообщается шеверу, а заготовка,
находясь с ним в свободном
Рис. 4.59. Схема дискового шевера беззазорном зацеплении,
в
•а »
530
вращается на оправке, установленной в центрах. Для того, чтобы избежать
совпадения контакта одних и тех же зубьев при повороте колеса, число
зубьев шевера не должно иметь общих множителей (но возможности
меньше) с числом зубьев колеса.
У стандартных шеверов число зубьев принимают из ряда чисел 29, 31,
37, 41, 43, 47, 53, 61, 67, 73, 83 (27 только в одном случае для т = 8 мм).
Диаметр делительной окружности шеверов установлен государственным
стандартом и составляет 85, 180, 250 мм.
Шевингование широко используют для чистовой обработки
цилиндрических колес с модулем от 0,2 до 8,0 мм с прямыми винтовыми наружными
и внутренними зубьями.
Операция шевингования, как правило, позволяет снизить погрешность
профиля и направление зуба, шаг и биение венца, и величину параметра
шероховатости (до Ra = 0,63.. .0,32 мкм).
Шеверы общего назначения применяют в единичном и мелкосерийном
производстве. В крупносерийном и массовом производстве для
определенного типа колес выпускаются специально спроектированные шеверы.
Угол наклона линии зубьев шевера обычно выбирается от 5 до 20°, для
блочных шестерен (в ограниченных пространствах) — от 5 до 10°.
Совершенствование шеверов ведется в основном за счет оптимизации
конструкции и расположения режущих кромок. В частности зубья
разбиваются на группы, поочередно вступающие в работу. Изменения
претерпевают формы стружечных канавок, расположенных на вогнутой поверхности
зубьев шевера соответствующей бочкообразной форме зубьев
обрабатываемого колеса.
Конфигурации стружечных канавок на зубьях шевера зависят от
требований к качеству обрабатываемых поверхностей и могут быть различными:
• с боковыми сторонами, параллельными торцу шевера (рис. 4.60, а);
• со сторонами, нормально расположенными к направлению зуба
(рис. 4.60, б);
• трапецеидальной формы, одна сторона которой параллельна торцу
шевера, вторая расположена нормально к направлению зуба (рис. 4.60, в);
• сферической формы (рис. 4.60, г).
Шеверы выпускают класса точности АА, А и В. Шевера класса АА
предназначены для обработки колес 5-й степени, класса А для 6-й, а класса
В для 7-й степени точности.
Шеверы изготавливают из быстрорежущей стали Р6М5, Р6М5К5 и др.
Твердость режущей части шеверов соответствует 63-66 HRC3. Шевера
перетачивают обычно не более 8 раз. Твердосплавные шеверы используют для
обработки зубчатых колес, рабочая поверхность которых термически
обработана и имеет твердость 35-55 HRC,. Твердосплавные режущие элементы
могут закрепляться механическим путем, с помощью пайки или склеивания.
У зубошевинговальных станков инструмент является ведущим
элементом, ось которого расположена горизонтально. На этих станках можно об-
531
Рис. 4.60. Схемы форм канавок зуба шевера:
а, б — прямоугольная форма; в — трапецеидальная форма; г — радиусная
форма; д — зуб шевера; е — шевер
рабатывать цилиндрические колеса с прямыми и косыми зубьями, внешнего
и внутреннего зацепления. Угол наклона зуба шевера выбирают в
зависимости от угла скрещивания осей шевера и обрабатываемого колеса. Для
прямозубых колес он обычно составляет 5... 15°, для косозубых — 5... 12°.
Зубчатые колеса с углом наклона зуба равным 5... 18° обрабатываются шевера-
ми с прямыми зубьями.
Наиболее известными методами шевингования является параллельное,
диагональное, тангенциальное и врезное.
Параллельное шевингование является методом, при котором заготовка —
колесо 1 совершает возвратно-поступательное движение 3 параллельно
своей оси (рис. 4.61, а). Ширина зубчатого венца колеса и ширина шевера не
зависят друг от друга, поэтому этим методом можно шевинговать колеса
а) 6) в) г)
Рис. 4.61. Схемы шевингования зубчатого венца колеса:
1 — зубчатое колесо; 2 — шевер; 3 — направление движения шевера
532
практически с любой шириной зубчатого венца (ограничивается
возможностью шевинговального станка). Производительность станка и период
стойкости шевера ниже, чем при других методах шевингования. Это объясняется
большой длиной хода стола, превышающей ширину зубчатого венца.
Использование шевера ограниченно, точка скрещивания осей находится
постоянно в среднем сечении шевера, поэтому в этой зоне режущая кромка
изнашивается значительно быстрее, чем на краях.
Параллельное шевингование обычно применяют в мелкосерийном
производстве, а также при ширине зубчатого венца свыше 50 мм.
Следует учитывать, что калибрующие ходы могут совершаться при
небольшом увеличении расстояния между осями шевера обрабатываемого
колеса для ослабления зацепления между зубьями. Это позволяет при чистовой
обработке посредством выхаживания устранять следы, образованные
зубчиками шевера, и таким образом улучшить качество поверхности зубьев колеса.
В табл. 4.10 указана последовательность цикла обработки на шевинго-
вальном станке без выхаживания и выхаживанием при параллельном и
диагональном шевинговании. Рабочий цикл шевингования одинаков для обоих
методов и состоит из четырех ходов стола.
Таблица 4.10
Номер
цикла
0-1
1-2
2-3
3^*
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
10 (11)—0
Циклы работы станка
без выхаживания
с выхаживанием
Радиальная подача стола
Первый проход шевингования
Радиальная подача стола
Второй проход шевингования
Радиальная подача стола
Третий проход шевингования
Радиальная подача стола
Четвертый проход шевингования
Первый калибрующий ход
Второй калибрующий ход
Стол опускается вниз на
величину (0.. .0,05 мм) для
выхаживания
Первый калибрующий ход
Второй калибрующий ход
Опускание стола в исходное положение
Величина
радиальной
подачи, мм
0,14
0,10
0,06
0,02
0
0
0
-
При обработке без выхаживания после четвертого рабочего хода стола
радиальная подача выключается, в работу вступают два калибрующих хода
без радиальной подачи. При обработке с выхаживанием после четвертого
рабочего хода, стол с обрабатываемым колесом опускается вниз на
величину до 0,05 мм и только после этого включаются калибрующие ходы.
Рабочий цикл осуществляется автоматически. В конце обработки происходит
опускание стола в первоначальное (исходное) положение.
533
При диагональном шевинговании направление подачи осуществляется
под углом к оси обрабатываемого колеса. Износ шевера происходит
равномерно по всей ширине зуба. Цикл обработки по сравнению с параллельным
шевингованием меньше.
При тангенциальном шевинговании направление подачи происходит
под прямым углом к оси обрабатываемого колеса. Цикл обработки обычно
совершается за один возвратно-поступательный ход. Этот метод
шевингования имеет большую производительность, но не позволяет получать колеса
высокого качества (рис. 4.61, в).
При врезном шевинговании инструмент непрерывно перемещается ради-
ально к обрабатываемому колесу при отсутствии продольной подачи. Этот
метод отличается коротким циклом обработки и обеспечивает высокое качество
зацепления (рис. 4.61, г).
Стандартный шевер с режущими зубчиками, расположенными
последовательно торцу, применяют при параллельном и диагональном
шевинговании. При таком расположении режущих зубчиков можно обработать всю
длину зуба только за счет продольной подачи обрабатываемого колеса в
направлении своей оси. При тангенциальном и врезном шевинговании
продольное перемещение заготовки в направлении своей оси отсутствует,
снятие стружки с боковой поверхности зуба осуществляется за счет
соответствующего расположения режущих зубчиков. У шевера, режущие зубчики
которого расположены по винтовой линии под углом в вертикальной
плоскости, они смещены относительно друг друга на небольшую величину.
Такое смещение позволяет режущим зубчикам последовательно срезать
металл с боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса без
продольного смещения заготовки.
Врезное шевингование выполняется на специальных станках. Из-за
большой силы резания станки должны иметь высокую статическую и
динамическую жесткость, гибкую наладку — точную (бесступенчатую)
регулировку частоты вращения шевера и подачи врезания. Большое значение
имеет быстрое, но без толчка, реверсирование направления вращения шевера.
Средние значения зубчатого венца обрабатываемого колеса и шевера
должны точно совпадать. Производительность при врезном шевинговании в 2-4
раза выше, чем при диагональном. Высокая точность обработки и
производительность позволяют использовать этот метод при массовом производстве
для обработки зубчатых колес с модулем менее 5 мм и шириной зубчатого
венца не более 40 мм.
При параллельном и диагональном шевинговании продольная подача
стола, как правило, при всех ходах одинаковая. Припуск под шевингование
снимается ступенчато — за несколько проходов, причем качество
поверхности, как показали опыты, определяется последними ходами.
Целесообразно использовать процесс шевингования с черновой и
чистовой подачами стола станка. Сущность, которого соотоит в том, что в
начале резания на первых ходах стола червовая подача в 1,5-2 раза больше,
534
чем чистовая подача на последних ходах. Для осуществления этого метода
на стандартные станки устанавливают специальные устройства,
обеспечивающие переключение с черновой подачи на чистовую автоматически.
Число ходов с черновой и чистовой подачами выбирают в зависимости
от требуемого качества и производительности обработки. Одновременно с
переключением черновой подачи на чистовую можно изменять частоту
вращения шевера и величину радиальной подачи. Частота вращения шевера
при черновой подаче должна быть меньше, чем при чистовой. Радиальная
подача имеет максимум на первом ходе, затем она постепенно уменьшается,
а последние два хода обычно выполняются без подачи.
В табл. 4.11 показано сокращение времени при различных комбинациях
черновых и чистовых ходов, при общем числе ходов стола равном шести.
При одинаковом качестве обрабатываемых поверхностей зубьев за счет
применения шевингования с двумя различными подачами, можно сократить
время обработки до 25 %. Стойкость шевера при этом методе повышается
примерно на столько же (увеличивается толщина стружки при черновой
подаче, что уменьшает износ инструмента). Так как заготовка обрабатывается
за более короткое время, каждая режущая кромка на шевере выполняет
меньшее число ходов. Шевингование с двумя подачами эффективно как в
массовом, так и мелкосерийном производстве. Наибольшая эффективность
метода шевингования с двумя подачами достигается, когда зубчатые колеса
до шевингования обрабатываются на зубофрезерном станке двухпроходным
методом (второй проход осуществляется на большой подаче).
Таблица 4.11
Общее число ходов
Число черновых ходов
Число чистовых ходов
Основное технологическое время
Сокращение основного технологического времени
6
5
1
0,58
42
6
4
2
0,66
34
6
3
3
0,75
25
6
2
4
0,83
17
У зубчатых колес, фрезерованных с большими подачами при
шевинговании на первых проходах снимаются небольшие участки металла с малым
усилием резания. Благоприятные условия резания позволяют на первых
нескольких проходах применять большие продольные и радиальные подачи.
При шевинговании зубчатых колес, фрезерованных с малыми подачами,
шеверу практически на втором-третьем проходах приходится работать по
целому металлу с большими усилиями резания. Эти условия работы
ограничивают применение повышенных режимов резания на первых проходах
шевингования. Важным фактором для определения экономичности метода
является время обработки.
В табл. 4.12 приведено время, затрачиваемое на обработку зубчатого
колеса, (т = 2,3 мм, Z = 34, В = 19 мм, а = 18°, Р = 33°), различными
методами шевингования. Качество обработки зубьев при всех методах
практически одинаковое.
535
Таблица 4.12
Метод
шевингования
Параллельное
Диагональное
Тангенциальное
Врезное
Характеристика
диагональный
угол, град
20
90
путь
подачи,
мм
22
12
12
0,12
время
обработки, с
60
40
20
17
Применение
Мелкосерийное производство
и при Р > 50 мм. Шевер
стандартный
Все типы производства при
Р < 50 мм. Шевер стандартный
Все типы производства для
узких и закрытых венцов.
Шевер специальный
Массовое производство для
колес с модулем до 5 мм и
шириной венца до 40 мм.
Шевер специальный
С увеличением утла диагонали путь подачи, а следовательно, и время
обработки сокращается. Самое большое время обработки при параллельном
шевинговании. При диагональном методе время шевингования меньше, чем
при параллельном. Самое короткое время на обработку достигается за счет
применения врезного шевингования.
Для чистовой обработки зубчатых, колес с модулем до 4...5 мм и
узкими венцами наиболее экономичными с обеспечением высокого качества
являются методы врезного и тангенциального шевингования.
4.8.2. Расчет наладочных размеров.
Порядок проведения наладки зубошевинговального станка
Точность шевингования колес прежде всего зависит от предыдущего
зубофрезерования (или зубодолбления) и коэффициента перекрытия между
шевером и обрабатываемым колесом, который желательно иметь не менее 1,6.
Рассмотрим методику расчета наладочных размеров на примере
зубошевинговального станка модели 5702В с горизонтальным расположением
оси колеса и шевера. Станки этого типа используют для чистовой обработки
зубьев цилиндрических колес среднего модуля в условиях серийного и
массового производства, ведущим элементом является шевер.
Станок состоит из жесткой станины, по вертикальным направляющим
которой перемещается консоль механизма вертикальной подачи. В
механизме подачи имеется поворотная плита, на которой установлен стол. Плита
со столом может поворачиваться на угол диагонали е. Стол перемещается
по горизонтальным направляющим консоли. Для установки и закрепления
536
обрабатываемого колеса на столе смонтированы левая и правая бабки.
Зажим осуществляется гидравлически. На верхней плоскости станины
закреплен корпус с шеверной головкой, которая может поворачиваться на угол
скрещивания осей у. В этом корпусе установлены сменные шестерни гитары
скорости вращения шевера и панель управления. Во время обработки зона
резания закрывается кожухом от разбрызгивания СОЖ.
В начале цикла резания стол с обрабатываемым колесом сначала на
ускоренной подаче, а затем на медленной подводится к шеверу. Начинается
процесс шевингования, стол переключается на продольную подачу. В конце
каждого цикла происходит радиальная подача стола для сближения
обрабатываемого колеса с шевером при одновременном изменении направления
вращения шевера. Последние несколько возвратно-поступающих
калибрующих ходов стола совершаются без радиальной подачи Sp. В конце цикла
шевингования стол на ускоренной подаче возвращается в исходное
положение.
На станке можно использовать три метода шевингования: параллельное,
диагональное и тангенциальное, которые отличаются друг от друга
направлением подачи, временем обработки и конструкцией шевера.
При установке на станках специального механизма можно
изготавливать зубья бочкообразной и конической формы. Для шевингования зубчатых
колес внутреннего зацепления на станок вместо шеверной головки для колес
внешнего зацепления устанавливают специальную головку для
шевингования колес внутреннего зацепления. На базе этого станка созданы
автоматы для обработки колес-дисков и колес-валов. Станок может быть
встроен в автоматические линии.
Качество изготовления зубчатых колес в значительной степени зависит
от правильности наладки шевинговального станка, квалифицированного
обслуживания, состояния технической оснастки. Наладка станка должна
производиться с особой аккуратностью, квалифицированно и ответственно.
Оператор шевинговального станка должен систематически контролировать
размер зубьев, форму и расположение пятна контакта, шероховатость
поверхности на профиле зубьев и другие параметры согласно техническим
условиям чертежа. Следить за состоянием шевера, режущих зубчиков,
попаданием стружки в канавки, качеством и количеством СОЖ и др. Кроме того,
необходимо тщательно и систематически контролировать величину
припуска, радиальное биение и другие точностные параметры зубчатых колес
перед шевингованием. Недостаточный контроль предшествующих операций
вызывает снижение качества и стойкости шевера.
Установка зажимного приспособления. Размеры установочных
поверхностей зажимного приспособления или оправки должны быть
выдержаны с точностью 0,005 мм. Радиальное биение установочной поверхности и
торцевое биение опорной поверхности зажимного приспособления должно
находиться в пределах 0,005...0,01 мм. Если зубчатое колесо
обрабатывается в центрах, то центры правой и левой бабок шевинговального станка
537
$Л
в^^ж^А
*
Рис. 4.62. Контроль точности центров правой и левой бабок зубоше-
финговального станка
должны иметь биение не более 0,005 мм (рис. 4.62). Биение центров можно
проверить как по специальной оправке, так и непосредственно по конусной
поверхности центров. Отклонение от параллельности высоты центров
направляющим стола на длине 100 мм оправки должно быть не более 0,003 мм
(рис. 4.63). Осевой зазор в подшипниках центров — не более 0,003 мм.
Установка обрабатываемого колеса. Зубчатое колесо должно шевин-
говаться от тех же баз, которые применялись при зубофрезеровании или зу-
бодолблении. Для колес-дисков автомобильного типа диаметром до 250 мм
(рис. 4.64) отверстие обрабатывают с допуском 0,015...0,025 мм. Торцы,
используемые при зубофрезеровании и зубошевинговании должны быть
перпендикулярны к оси (отклонение 0,02...0,05 мм) и параллельны между
собой (отклонение 0,01...0,02 мм). Последнее особенно важно при обработке
зубчатых колес пакетом. Базовые поверхности должны быть чистыми, без
забоин и заусенцев.
Колеса-валы обычно шевингуют от центровых отверстий, необходимо
точно выдерживать угол центровых фасок, предохранять их поверхности от
забоин, заусенцев и стружки, которые вызывают повышенное радиальное биение.
Шевер должен храниться и транспортироваться в специальных
деревянных ящиках. Перед установкой шевера на шпиндель станка необходимо
7
У
ЕЙ
ТЮо
Ё
а)
Рис. 4.63. Методы контроля:
- радиального и торцового биения шпинделя шевера; б
шевера
б)
- биения торца
538
/ 0,02..0,05 A
// 0,02..0,05
/
0,010
Рис. 4.64. Требования к
заготовке зубчатого колеса
тщательно очистить шпиндель, торцы шевера
и промежуточного кольца. Если шевер был в
работе, то необходимо проверить, нет ли
застрявшей стружки в канавках зубчиков.
Затем проверяют биение шпинделя шевера.
Радиальное биение посадочного диаметра и
опорного торца шпинделя с
контрподдержкой и без нее не должно превышать 0,005 мм,
осевой зазор шпинделя без контрподдержки —
не более 0,01 мм.
Шевер на шпиндель устанавливают по
скользящей посадке, устанавливать шевер на
шпиндель ударом категорически
запрещается. После установки и закрепления шевера и установки кронштейна
необходимо проверить точность установки шевера по торцу. Биение торца
шевера диаметром до 300 мм не более 0,02 мм, диаметром 240 мм — 0,015 мм
и диаметром 180 мм — 0,01 мм. Перед началом работы необходимо некоторое
время вращать шевер на вспомогательном ходу и хорошо смочить его СОЖ.
Настройка частоты вращения шевера. Частота вращения шевера
определяется по принятой окружной скорости вращения шевера. Окружная
скорость шевера для обработки зубчатых колес среднего модуля выбирается
в пределах V0 = 90... 100 м/мин. Эту скорость, в зависимости от условий
обработки, можно увеличить или уменьшить. С увеличением окружной
скорости период стойкости шевера уменьшается:
у _^ПШ
0 1000'
где V0 — окружная скорость вращения шевера, м/мин; d — диаметр
делительной окружности шевера, мм; пш — частота вращения шевера, об/мин.
По выбранной окружной скорости шевера определяют частоту
вращения шевера
1000 F
"ш= —»
nm„Zm
где т„ — нормальный модуль, мм; Zm — число зубьев шевера.
Сменные зубчатые колеса гитары скорости определяют по ближайшему
значению п из табл. 4.13.
При выбранной частоте вращения затем уточняют фактическую
окружную скорость шевера.
Для шевинговального станка модели 5702 частоту вращения шевера
можно определить из кинематической схемы станка по формуле
и= 183 А/В,
где А и В — число зубьев сменных зубчатых колес гитары скорости.
539
Таблица 4.13
Частота
вращения
шевера, об/мин
63
80
100
125
160
Число зубьев сменных
колес
ведущее А
22
26
30
35
39
ведомое В
62
58
54
59
45
Частота
вращения
шевера, об/мин
200
250
315
400
500
Число зубьев сменных
колес
ведущее А
45
49
54
58
62
ведомое В
39
35
30
26
22
Рекомендации по выбору направления вращения шевера приведены в
руководстве к шевинговальному станку.
Настройка продольной подачи стола станка. Величину продольной
подачи стола, мм/мин, определяют по формуле
где Sa — величина продольной подачи на оборот колеса, мм/об; пк —
частота вращения колеса, мм/об.
Продольная подача на оборот колеса выбирается в пределах Sn =
= 0,15.. .0,50 мм/об. Хорошие результаты получают при Sa = 0,25 мм/об колеса.
Частота вращения обрабатываемого колеса равна
к
где ZK — число зубьев колеса.
Заменив S„ и пк соответствующими значениями, получим формулу
определения продольной подачи SM, мм/мин,
SM=0,25nm^.
По найденному значению SM из табл. 4.14 определим сменные зубчатые
колеса гитары подач.
Таблица 4.14
Продольная
подача
стола, мм/мин
18
22,4
28
35,5
45
56
71
Число зубьев
сменных колес
ведущее Д
21
25
30
35
40
45
51
ведомое С
75
71
66
61
56
51
45
Продольная
подача стола,
мм/мин
90
118
150
190
236
300
Число зубьев
сменных колес
ведущее Д
56
61
66
71
75
78
ведомое С
40
35
30
25
21
18
540
Продольную подачу стола для шевинговального станка модели 5702В
можно определить из кинематической схемы станка по формуле
5М=66Д/С,
где Д и С — число зубьев сменных зубчатых колес гитары подачи.
Когда предъявляют высокие требования к шероховатости поверхности
на профиле зубьев, подачу уменьшают. Направление подачи стола должно
соответствовать по аналогии с зубофрезерованием встречному
шевингованию, т. е. последующее резание должно проводиться в направлении
необработанной поверхности. Число ходов стола зависит от величины снимаемого
припуска, требуемой точности и качества предварительно обработанных
колес. Практически суммарное число ходов стола колеблется в пределах 6-10,
из них 2-4 калибрующих хода без радиальной подачи.
Установка угла подачи стола станка. Угол подачи стола при
параллельном шевинговании равен S = 0. Стол перемещается параллельно оси
обрабатываемого колеса. При диагональном методе шевингования угол
подачи (диагонали) устанавливается поворотом нижней части стола с
направляющими и определяется по формуле:
5 sin у
tge = —L-.
e-.ocosy
Практически угол диагонали е принимают в пределах 30...40°.
Установка величины хода стола станка. Величина хода стола должна
быть ограничена в обоих направлениях для того, чтобы во время
шевингования шевер всегда был в зацеплении с зубчатым колесом. Выбирать путь
таким образом, чтобы точка скрещивания осей немного выходила за торец
зубчатого колеса, для обеспечения обработки полной длины зубьев.
При параллельном шевинговании наименьший путь стола совпадает с
шириной зубчатого венца обрабатываемого колеса, для гарантированной
обработки к ширине зубчатого венца прибавляют модуль. Длину хода стола L
при параллельном шевинговании определяют по формуле
L = b + m.
При диагональном шевинговании величина хода стола меньше, чем при
параллельном и определяется по формуле
+ (1...2К.
Установку величины рабочего хода стола производят посредством
упоров, закрепленных на столе.
Установка числа ходов стола станка. Число ходов стола зависит от
величины снимаемого припуска, определяемого качеством предварительно
обработанных колес и требуемой точности.
541
b sin у
sin (б + г)
Чрезмерный припуск на шевингование снижает точность, период
стойкости инструмента и увеличивает время шевингования. Рекомендуемые
припуски под шевингование по толщине зуба представлены ниже.
Модуль, мм...1 2 3 4 5 6 7 8
Припуск, мм.. 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12
Суммарное число двойных ходов стола колеблется в пределах 6-10, из
них 2-4 калибрующих хода без радиальной подачи, для улучшения
качества. Величина радиальной подачи составляет 0,02...0,06 мм/ход. Слишком
большое число ходов ухудшает условия резания и может уменьшить
стойкость инструмента.
Припуск в радиальном направлении ДА, мм, под шевингование
определяют по формуле:
Дй =
AS
tga'
где AS — припуск на сторону зуба колеса, мм; a — угол профиля, град.
Число рабочих ходов равно
' V
где Sp — радиальная подача, мм/ход.
Число калибрующих ходов выбирают опытным путем.
Установка угла скрещивания осей шевера и колеса. Угол
скрещивания осей у определяется как сумма при одинаковом направлении линии зуба
колеса Р и линии зуба шевера Ршу = Р + Рш и как разность при
разноименном направлении (табл. 4.15).
Когда шевингуют прямозубые колеса, то угол скрещивания равен углу
наклона зуба шевера. При обработке обычных сталей у = 10... 15°;
внутренних венцов и блок-колес у = 3...10°; чугуна, цветных металлов и
синтетических материалов у = 20°.
Таблица 4.15
Направление угла наклона зуба
шевера
Левое
Правое
Правое
Левое
колеса
Правое
Левое
Правое
Левое
Угол скрещивания осей
+ + i i
Если в направлении зуба имеется погрешность, то изменяют угол
скрещивания осей. Грубую регулировку угла скрещивания производят поворо-
542
том шпиндельной головки по лимбу с помощью лупы, а точную —
индикатором.
Установка межосевого расстояния шевера и колеса.
Предварительная установка межосевого расстояния осуществляется за счет беззазорного
зацепления шевера с заготовкой, установленной в центрах бабок. После
обработки и замеров первого колеса межосевое расстояние корректируется по
круговому лимбу (с ценой деления 0,01 мм). Для снятия припуска
необходимо уменьшить межосевое расстояние на величину
tgaa
где AS — припуск на одну сторону зуба, мм; а0 — угол зацепления, град;
при aa=20°AA = 2,75AS.
Для уменьшения величины припуска, удаляемого при зубошевинговании,
следует работать с использованием части поля допуска на толщину зубьев в
качестве припуска на шевингование.
Настройка механизма радиальной подачи. Величина радиальной
подачи на каждый ход стола станка определяется расположением винтов-
упоров на периферии барабана управления. Винты располагаются в два ряда
в шахматном порядке с интервалами. Интервалы соответствуют радиальным
подачам на каждый очередной ход. Винты первого ряда имеют правую
резьбу, второго ряда — левую. В работе должно участвовать нечетное число
винтов. Число ходов без радиальной подачи устанавливается пакетным
переключателем на пункте управления.
Величину радиальной подачи стола станка определяют по формуле
Sp=0,02tf,
где Н — число интервалов между соседними упорами барабана.
Настройка механизма бочкообразования. При шевинговании колес с
бочкообразными зубьями копир разворачивают на угол 5, который зависит
от ширины венца / в диаметре обрабатываемого колеса D и величины
продольной модификации по длине зуба Л. Поворот копира на угол 5 можно
определить, исходя из схем для расчета бочкообразности зуба по формуле
а _ /-sin(p + C(cos(p-l)
~h~ 7 ~h\
/ + - cos(p-(C + /)sin(p-/
Здесь параметры С, / определяются из схем для расчета бочкообразности
зуба (рис. 4.65).
Путь S, который должен пройти стол станка за время прохода шевера от
середины венца обрабатываемой шестерни, определяют по формуле
543
Рис. 4.65. Схема расчета бочкообразности зуба:
Н— расстояние от центра бабок до зеркала стола, мм; К — расстояние от
зеркала стола до оси качания стола, мм; С — межосевое расстояние между осью
качания стола и осью копира в вертикальной плоскости, мм; /— расстояние
от делительного диаметра колеса и шевера в зацеплении до оси качания стола;
/ — межосевое расстояние между осью качания стола и осью копира в
горизонтальной плоскости, мм
S = — cos(p-/sin(p;
sin(p = -
(ДА + f)b + f^b2 -AAh2 -%Ahf
b2+4f2
где ДА — величина, на которую необходимо углубиться шеверу для снятия у
торцов шестерен толщины слоя на величину Л больше, чем в середине зуба
шестерни (см. рис. 4.65). При этом
Л
Ah-
tga
где a — угол зацепления шевера с шестерней, град.
Величина бочкообразности зависит от условий работы зубчатой
передачи и обычно составляет на сторону 0,0075...0,015 мм на 25 мм длины зуба.
У прямозубых колес бочкообразность обычно выполняют на одном колесе
из пары, чаще всего на колесе, которое больше деформируется при
термообработке. У косозубых колес со сравнительно широкими венцами
бочкообразную форму делают на обоих сопряженных колесах.
Следует иметь ввиду, что чрезмерная бочкообразность на зубьях так же
вредна, как и ее отсутствие. При большой выпуклости нагрузка будет
концентрироваться на малой площади в центре зуба и может явиться причиной
усталостного разрушения зубьев.
Выбор рациональных режимов резания. Выбор элементов резания
при шевинговании сводится к определению значений окружной скорости,
544
продольной подачи на оборот колеса, радиальной подачи стола станка,
числа ходов стола станка и припуска под шевингование, при которых
достигается минимальная стоимость зубчатого колеса и на его обработку
затрачивается наименьшее количество времени при обеспечении высокого качества.
Порядок выбора режимов следующий: сначала выбираются наибольшие
окружная скорость шевера; продольная подача; радиальная подача; далее
припуск под шевингование; наименьшее число ходов.
Выбор окружной скорости шевера. На практике окружная скорость на
делительном диаметре рассчитывается или выбирается из справочных
таблиц и уточняется с учетом времени обработки, стойкости инструмента,
шероховатости поверхности, размера, массы, материала и твердости
обрабатываемых зубчатых колес.
Следует учитывать, что с увеличением окружной скорости стойкость,
шевера снижается. Окружную скорость шевера можно выбирать по табл. 4.16.
После выбора окружной скорости шевера определяют его частоту вращения.
Таблица 4.16
Обрабатываемый
материал
Сталь
конструкционная
углеродистая
Сталь
конструкционная
легированная
Чугун серый
Марка стали
15,20,25
30,35
40, 45, 50
20Х, 35Х,40Х,18ХГТ,
ЗОХГТ, 12ХН4А,
20ХНМ, 12ХНЗ,
38ХМЮА, 5ХНМ,
6ХНМ, 18ХНВА
—
Твердость
НВ
170
196
217
285
229
210
Окружная скорость,
м/мин
150
140
130
80
105
ПО
Выбор продольной подачи на одну сторону колеса. С увеличением
продольной подачи стола станка увеличивается производительность, но
ухудшается качество обрабатываемой поверхности и точность обработки. Частоту
вращения шевера уменьшают, если диаметр обрабатываемого колеса значительно
меньше диаметра шевера при недостаточной жесткости обрабатываемого
колеса. В ряде случаев для сохранения произюдительности при уменьшении частоты
вращения шевера продольную подачу стола увеличивают, а при увеличении —
уменьшают. Выбор продольной подачи можно проводить и по табл. 4.17.
Выбор радиальной подачи. Максимальную подачу применяют в
начале резания (при черновой обработке), затем постепенно уменьшают до
минимальной (при чистовой обработке). Последние два-четыре хода стола
станка выполняют без радиальной подачи для уменьшения шероховатости
поверхности и повышения точности обработки. Выбор радиальной подачи
можно проводить по табл. 4.18.
18 Технология машиностроения
545
Таблица 4.17
Степень
точности
зубчатого
колеса
6-7
Шероховатость
поверхности
Ra, мкм
0,04
0,08
Число зубьев колеса
12
17
25
40
100
Продольная подача стола за один оборот детали 5, мм/об
0,10...0,15
0,16...0,20
0,15...0,20
0,20... 0,25
0,20...0,25
0,25... 0,30
0,25...0,30
0,35... 0,40
0,35... 0,40
0,50...0,60
Таблица 4.18
Степень точности
зубчатого колеса
6
7
Радиальная подача за один
ход стола 5, мм/дв.ход
0,02...0,25
0,04... 0,05
Количество ходов стола
без радиальной подачи
4...6
2...4
Выбор припуска под шевингование. Завышение припуска под
шевингование снижает точность обрабатываемых зубчатых колес, стойкость
шеверов и увеличивает время обработки. При занижении припуска могут
остаться необработанные участки поверхности зуба.
Выбор количества ходов стола станка. Количество ходов стола
зависит от величины снимаемого припуска и требуемой точности. Практически
суммарное число ходов стола обычно составляет 6-10, из них 2-4
калибрующих хода, без радиальной подачи для улучшения качества. Слишком
большое число ходов ухудшает условия резания и снижает стойкость
инструмента.
После проведенных выше расчетов, выполненных при наладке зубоше-
винговального станка и выбранных по справочным данным режимов
резания, составляют таблицу, куда заносят полученные данные.
Время обработки при зубошевинговании. Штучное время,
затраченное на обработку одной детали при шевинговании, определяют по формуле
'шг='о+'в+'оо+'то+'о-
Основное время t0 равно
LZKK LK
где L — длина хода стола в направлении подачи, мм; К — суммарное число
ходов; пш — частота вращения шевера, об/мин; S0 — продольная подача за
один оборот колеса, мм; SM — продольная подача в минуту, мм/мин; ZK —
число зубьев колеса.
Длина хода стола станка
при параллельном шевинговании
L = b + mn,
546
где b — ширина зубчатого венца; т„ — перебег, равный модулю
обрабатываемого колеса.
при диагональном шевинговании
Ъ sin у
sin(e + y) + /w„ '
при тангенциальном шевинговании
L = bX%y.
Вспомогательное время (затрачиваемое на установку и снятие зубчатого
колеса, подвод и отвод шевера), время на обслуживание и отдых
определяют по нормативам.
■ 4.9. Процессы поверхностного пластического деформирования
при обработке зубьев колес
4.9.1. Формирование исходного профиля зубьев колес
В зависимости от температуры обрабатываемых поверхностей
заготовок зубчатых колес процесс накатки разделяется на горячий и холодный.
При горячей обработке нагретый, обычно с помощью токов высокой
частоты (ТВЧ), металл заготовки снижает свое сопротивление пластической
деформации, что позволяет проводить обработку на большую глубину и
максимально приблизить исходную заготовку по форме и размерам к готовому
изделию. Более высокую точность обрабатываемых поверхностей
обеспечивает холодное накатывание (прикатывание), но возможностей
формообразования рабочего профиля колес у него значительно меньше.
Горячее накатывание (предварительное формирование зубьев колес)
обеспечивает экономию металла, высокую производительность, улучшение
качества готовых изделий, и уменьшение расходов на режущий инструмент.
Например, при горячем накатывании ведомой цилиндрической шестерни
редуктора заднего моста автомобиля (т = 6 мм, Z = 46, В = 70 мм)
достигается экономия металла 4,5 кг на одной детали.
Различают реечные цилиндрические и дисковые накатники.
Многопроходное реверсивное накатывание, осуществляемое за счет радиальной
подачи реечного накатника представлено на рис. 4.66, а. Накатывание может
осуществляться также за счет равномерного (рис. 4.66, б) и ступенчатого
(рис. 4.66, в) подъема зубьев накатника.
Прямолинейное движение накатывания присуще всем трем схемам
обработки. Реечные накатники применяют для обработки только
мелкомодульных колес.
547
^j^^fe^fe
Рис. 4.66. Схемы обработки зубьев реечными накатниками
Рис. 4.67. Схемы обработки зубьев цилиндрическими накатниками
Обработка зубьев цилиндрическими накатниками может
осуществляться накатниками с заборным конусом с осевой подачей инструмента
(рис. 4.67, а), с тангенциальной подачей и за счет подъема зубьев накатника
(рис. 4.67, б), профильными накатниками (рис. 4.67, в) и накатниками с
вогнутой поверхностью (рис. 4.67, г). В последней схеме вращательное
движение инструмента заменено планетарным.
При обработке зубьев колес дисковыми накатниками процесс обработки
может осуществляться за счет прямолинейного движения многороликовых
головок (рис. 4.68, а) или их планетарного движения (рис. 4.68, б).
Эти методы обработки можно использовать как для образования
профиля исходных заготовок (в горячем состоянии), так и калибрования уже
обработанной поверхности профиля (в холодном состоянии).
4.9.2. Отделочно-калибрующая и упрочняющая обработка зубьев
Возможности отделочно-калибрующей обработки зубьев колес обычно
ограничиваются твердостью (не выше 40 HRC,) и жесткостью зубьев.
Обычно при холодном прикатывании зубьев колес достигается 7-6-я
степень точности, Ra = 1,25 мкм, микротвердость поверхностного слоя
повышается на 10%, а в поверхностном слое образуются остаточные
напряжения сжатия величиной примерно в 350...400 МПа.
В результате холодного прикатывания, (калибрования) в 1,3 раза
уменьшается период приработки зубьев по сравнению со шлифованными зубьями,
повышается также усталостная и изгибная прочность зубьев.
Эффективность калибрования холодным прикатыванием зубьев колес по
сравнению с шевингованными повышается на 15...30 %. В тоже время метод при-
катки (холодного пластического деформирования) требует значительных
усилий, например, для колес с модулем 2,5 мм радиальные усилия
составляют, примерно 75 кН.
548
a) 6)
Рис. 4.68. Схемы обработки зубьев дисковыми накатниками:
— прямолинейное движение многороликовых головок; б — планетарное
движение многороликовых головок
Накатник представляет собой точное высококачественное закаленное
зубчатое колесо (59-61 HRQ) инструмент перемещается к заготовке, при
достижении беззазорного зацепления начинается процесс прикатки. Затем
расстояние между осями накатника и обрабатываемого колеса постепенно
уменьшается до достижения требуемого размера на заготовке.
В процессе накатки происходит сдвиг металла от головки и ножки зуба
в направлении делительной окружности, на обратной стороне зуба
обрабатываемого колеса течение метала направлено от делительной окружности к
головке и ножке зуба. Учитывая эти закономерности, предварительная
обработка колес должна проводится модифицированными червячными
фрезами. Фланк на ноже зуба фрезы должен срезать металл на головке зуба
колеса, а протуберанец (усик) на головке зуба фрезы подрезать ножки зуба
обрабатываемого колеса.
Перед холодной прикаткой точность заготовок должна быть выше, а
припуск меньше, чем при шевинговании.
Припуск под прикатку можно определить по формуле
Zmjn=0,015 + 0,005m,
где т — модуль обрабатываемого зубчатого колеса.
Обычно производительность метода холодной прикатки в 4 раза выше,
а величина параметра шероховатости R0b2 раза ниже, чем при
шевинговании, однако качество предварительной обработки заготовок, для
обеспечения таких высоких показателей процесса, должно быть более высоким, чем
под шевингование.
Отделочно-упрочняющая обработка (калибрование) зубьев колес
осуществляется с использованием трех схем — обработка тремя, двумя и одним
накатником (рис. 4.69). При обработке тремя накатниками один накатник
является ведущим (п « 2,0... 10,0 С-1). Усилие деформирования обеспечивается
за счет радиальной подачи всех роликов одновременно (Р « 0,2.. .2,0 МПа), при
этом микротвердость поверхностного слоя зубьев обрабатываемого колеса
возрастает на 10.. .20 %.
549
Зубчатое колесо (с
предварительно обработанным
зубом) устанавливается
между тремя накатниками
расположенными симметрично
(через 120°) в накатной
головке. Ведущим элементом
для трех накатников
является приводное колесо. В
процессе обработки
накатникам обеспечивается
разная подача, благодаря
которой заготовка
самостоятельно центрируется по
зубчатому зацеплению
(независимо от положения
базового отверстия). Головки
с тремя накатниками
сложны в изготовлении.
Центрирование по зубу не вносит
значительного исправления
радиального биения,
оставшегося после черновой
обработки зубьев колеса.
Наиболее
распространенной схемой калибрования
зубьев колес является
обработка двумя накатниками.
Обработка осуществляется в
беззазорном зацеплении при
радиальном поджатии
накатников аналогично схеме
обработки с тремя накатника-
Рис. 4.69. Схемы отделочно-упрочняющей
обработки зубьев колес поверхностным пластическим
деформированием:
а — тремя накатниками; б — двумя накатниками; в —
одним накатником; 1 — заготовка; 2 — накатник; 3 —
поддерживающие ролики
ми. Данная схема обеспечивает возможность скрещивания осей колеса и
накатника для корректировки угла наклона линии зуба.
Накатники устанавливаются на инструментальных шпинделях станка, на
оси которых располагаются в горизонтальной или вертикальной плоскости.
Один накатник устанавливается в подвижной другой в неподвижной бабках.
Оба накатника вращаются синхронно. Движение подачи осуществляет
накатник, установленный на подвижной бабке. Для обеспечения точности
формы эвольвентного профиля и бочкообразности зуба обрабатываемого
колеса на обоих накатниках производится коррекция их профиля.
Радиальное усилие тремя и двумя накатниками достаточно большое, что
вызывает деформацию зубьев обрабатываемых колес, требует специального
550
оборудования с повышенной
жесткостью, не позволяет
вести обработку нежестких
колес и термически
обработанных колес или малой
жесткости в том числе и с
внутренним зубом.
Для уменьшения силы
прикатки одним накатником
фирма «Хурт» (G. Hurth —
Германия) разработала
метод моноролл (Monoroll).
Сущность данного метода
заключается в том, что ка-
Рис. 4.70. Схемы прикатки зубьев колес одним
накатником по методу моноролл
ждый зуб обрабатываемого колеса приходит в соприкосновение с зубьями
накатника не по всей поверхности, а только по отдельным ее частям. Для
этого на боковых поверхностях зубьев накатника нанесены зубчики
аналогичные шеверу, но со смещением на каждом последующем зубе (рис. 4.70).
Во время прикатки в обрабатываемую поверхность колеса вдавливаются
узкие полоски зубчиков накатника, при этом деформация зуба значительно
меньше, чем при работе обычным накатником. Деформирующие элементы
(зубчики) накатника располагаются по винтовой линии последовательными
группами по окружности накатника.
Для полного охвата профиля обрабатываемого зуба, кромки
деформирующих элементов накатника в каждой группе взаимно смещены на определенное
расстояние по длине зуба. Следует учитывать, что число зубьев и групп в
накатнике не должно быть равно или кратно числу обрабатываемого колеса. Ось
накатника и обрабатываемого колеса параллельны. Вращение осуществляет
накатник, который приводит во вращение и обрабатываемое колесо.
Обработка осуществляется за один двойной ход стола на постоянном
расстоянии накатника и обрабатываемого колеса. Данный метод позволяет
уменьшить силу прикатка на 20...30 % по сравнению с накатником,
имеющим гладкую боковую поверхность зубьев, повысить производительность в
2-4 раза по сравнению с врезным шевингованием и повысить точность
обрабатываемых поверхностей на два квалитета.
Ось накатника параллельна оси обрабатываемого колеса. Главное
(вращательное) движение получает накатник и увлекает за собой заготовку.
Уменьшение расстояния между заготовкой и накатником обеспечивается
перемещением стола станка. Несмотря на меньшие силы деформирования,
чем при работе плоским накатником станок должен обладать достаточной
жесткостью, чтобы противостоять действию накатных сил.
Накатываются обычно зубчатые колеса с модулем до 4...6 мм и
шириной зубчатого венца до 50... 150 мм. С увеличением модуля и ширины
зубчатого венца эффективность метода снижается. Скорость подачи стола ре-
551
гулируется в пределах 50 до 5000 мм/мин. Число оборотов накатника
выбирается в пределах 50.. .250 об/мин, диаметр инструмента выбирается до 300 мм.
При этом время обработки составляет от 3 до 10 с.
Следует учитывать, что этот метод наиболее эффективен только в условиях
массового производства (более 2000 зубчатых колес одного наименования в
день). При обработке колес с модулем до 2,5 мм, точность зубчатых колес под
прикатку должна быть выше, чем под шевингование, припуск на сторону
должен составлять 0,02 мм, каждая сторона зуба накатника должна
корректироваться с учетом условий течения металла, условий скольжения (сдвига металла)
и непостоянство величины прогиба на различных участках длины зуба (для ко-
созубых колес). Таким образом метод моноролл несмотря на кажущуюся
простоту имеет множество ограничений, связанных в первую очередь с более
высокими требованиями и предварительной обработкой зубьев колес.
Уменьшить усилия деформирования также можно применив метод
импульсного планетарного накатывания, т. е. прерывистого приложения
усилий, характеризуемого дробностью деформации. Пульсирующая обработка
повышает пластические свойства обрабатываемого материала, что
способствует развитию этого метода обработки. Известная швейцарская фирма
«Гроб» (Ernst Grob) успешно использует импульсную обработку при прика-
тывании зубьев колес.
Дробеструйная обработка применяется после закалки зубчатых колес
ТВЧ, когда в месте перехода зоны закалки в незакаленный участок
образуются растягивающие напряжения (являющимся концентратором
напряжений) отрицательно сказывающиеся на качестве изделия. Дробеструйная
обработка этого участка поверхности заготовки ликвидирует данный
недостаток, вызванный термической обработкой.
Энергию удара одной дробинки оценивают по формуле
12g
где а — угол подачи дроби; g — ускорение силы тяжести; d — диаметр
дроби; V— скорость подачи дроби.
Как видно, энергия удара и вместе с ней глубина и степень наклепа и
возникающие при этом остаточные (внутренние) напряжения сжатия
возрастают с увеличением диаметра, скорости и угла подачи дроби на
обрабатываемую поверхность.
Для упрочнения используется чугунная или стальная дробь, размером
0,2...2 мм. С увеличением размера дроби возрастает, глубина наклепа и
остаточные напряжения, но повышается и высота микронеровностей
обрабатываемой поверхности. Режимы процесса дробеструйной обработки
выбирают, исходя из требований предъявляемых к качеству поверхностного слоя
и не должен вызывать перенаклепа, приводящего к разрушению
(шелушению) поверхностного слоя.
552
■ 4.10. Процессы термической обработки зубчатых колес
Термическая обработка зубчатых колес состоит из двух этапов:
предварительная и окончательная.
Предварительной термической обработке подвергаются заготовки перед
механической обработкой. Основной целью ее применения является
обеспечение лучших условий обрабатываемости, выбранной для изготовления
зубчатого колеса, марки стали. Критериями обрабатываемости стальных
заготовок являются интенсивность износа инструмента, качество
обрабатываемых поверхностей и режимы резания.
Окончательной термической обработке подвергаются заготовки
зубчатых колес для достижения высоких показателей твердости и прочности
зубьев, подвергающихся значительным динамическим нагрузкам. Обычно
зубчатые колеса имеют повышенные требования к точности и прочности
одновременно. В зависимости от требований к прочности зубьев
выбираются методы и последовательность термической и химико-термической
обработки. Значение термической обработки в процессе механической
обработки зубчатых колес огромно. Зубчатые колеса даже классифицируют по
отсутствию или наличию термического упрочнения зубьев. Однако следует
учитывать, что у неравножестких зубчатых колес гораздо сложнее
компенсировать погрешности, вызванные термической обработкой.
Зубчатые колеса одной жесткости, одного размера, но с разным
модулем имеют разные деформации, вызванные химико-термической
обработкой, потому что с увеличением модуля увеличивается глубина
цементованного слоя, а следовательно, увеличиваются деформация зубчатого колеса и
затраты на механическую обработку. В то же время можно добиться
одинаковой прочности зубьев колес с разными модулями и при одном диаметре
делительной окружности. Как видим, термическая обработка вносит, в свою
очередь, коррективы в технологический процесс. Поэтому, выбирая метод
термической обработки необходимо учитывать его возможности и
назначение, степень влияния на заготовку .
Напомним о основных возможностях некоторых методов термообработки.
Нормализация обеспечивает улучшение обрабатываемости резанием, снижение
внутренних (остаточных) напряжений, повышение прочности.
Отжиг (полный) обеспечивает улучшение обрабатываемости резанием,
снижение внутренних напряжений, измельчение зерна, повышение пластичности.
Отжиг (полный) обеспечивает улучшение обрабатываемости и снижение
внутренних напряжений.
Отжиг (изотермический) обеспечивает ускорение процесса обжига
легированных сталей.
Отжиг (диффузионный, сферодизирующий) обеспечивает улучшение
обрабатываемости резанием, снижение твердости и повышение пластичности стали.
Закалка (ступенчатая, изотермическая комбинированная) обеспечивает в
основном повышение твердости и износостойкости.
553
Положительным результатом термической обработки является
обеспечение высокой твердости износостойкости рабочих поверхностей зубьев
колес при сохранении вязкой сердцевины, что создает лучшие условия для
восприятия ударных нагрузок. Отрицательным результатом является
снижение точности обработки и, как следствие, повышение ее себестоимости.
Более отработанные на технологичность зубчатые колеса, подвержены
меньшей деформации, что обусловлено их термической обработкой.
Точностные и прочные характеристики зубчатых колес зависят в
основном от конструкции и технологического процесса их изготовления, от марки
стали, а также вида термической обработки зубчатых колес. Учитывая, что
большинство зубчатых колес проходит термическую обработку, необходимо
проводить анализ ее влияния на точность обработки.
Погрешности, возникающие на этапе термической обработки, часто
носят случайный характер. Поэтому при их оценке используют статистические
исследования, которые позволяют провести оценку влияния
конструкторских и технологических факторов на величину суммарных погрешностей,
вызываемых термической обработкой зубчатых колес.
На основании полученных данных вносятся соответствующие
корректировки формы и размеров заготовки и обрабатывающих инструментов. В
среднем доля химико-термического упрочнения зубчатых колес в общей
погрешности, вызываемой механической обработкой, колеблется в пределах
25 %. Поэтому при обработке зубчатых колес, в технологическом процессе
которых предусмотрена химико-термическая обработка, особое внимание
следует уделить величине погрешностей которые она вызывает.
Следует учитывать, что большинство погрешностей зубчатых колес
подчиняется нормальному закону распределения. В общем виде влияние
термической обработки на суммарные погрешности обрабатываемых
зубчатых колес можно оценить путем сравнения полей рассеяния погрешностей.
Способы нагрева зависят в основном от общих размеров колес, их модуля и
условий эксплуатации и разделяют закалку сквозную и поверхностную. Сквозная
закалка венца зубчатого колеса может применяться только тогда, когда есть гарантия
того, что в процессе работы зуб колеса не сломается, (малонагруженные колеса).
При упрочнении зубьев колес наиболее широкое распространение получил
способ закалки с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ).
Закалка (полная) изменяет свойства стали по всему объему зубчатого колеса.
Закалка (поверхностная) изменяет свойства поверхностного слоя (обеспечивает
высокую твердость) без существенных изменений свойств сердцевины зубчатого
колеса.
Цементация обеспечивает повышение поверхностного слоя углеродом, повышение
твердости, контактной выносливости, усталостной прочности и износостойкости.
Цианирование (жидкое, газовое) обеспечивает повышение поверхностного слоя
углеродом и азотом, повышение твердости, усталостной прочности и износостойкости.
Азотирование (изотермическое, двухступенчатое) обеспечивает насыщение
поверхностного слоя азотом, повышение твердости, износостойкости и усталостной
прочности.
554
Нормализация и цементация оказывают т"
влияние в основном на погрешность формы,
при этом результаты вызываемых
нормализацией погрешностей часто не стабильны.
Цементация вызывает погрешность формы,
но в значительно меньшей степени, чем нор- ° х
мализация. Ступенчатая закалка без норма- Рис. 4.71. Качественная карти-
лизации обеспечивает более стабильные и на отклонения длины общей
низкие показатели погрешности формы. Раз- нормали зубчатого колеса пос-
меры и форма зубчатых колес изменяются ле механической и термической
при термической обработке в большей или обработки,
меньшей степени в зависимости от химиче- ^ — после механической обработ-
СКОГО состава И физического СОСТОЯНИЯ ме- *и; 2 - после газовой цементации;
т 3 — после нормализации
талла заготовки.
В процессе химико-термического упрочнения погрешности формы и
размеры могут оставаться без изменений или происходит усадка или
расширение элементов зубчатого колеса. Например, зубчатые колеса из стали
12Х2Н4А после термообработки имеют усадку по вершинам зубьев до 0,4 мм,
при этом длина общей нормали изменяется на 0,1 мм.
Коробление зубчатых колес, вызванное химико-термическим
упрочнением зубчатых колес и, в частности, закалкой, образуется в результате
пластической и упругой деформации, вызванных, в свою очередь,
перепадами температуры при нагреве и охлаждении, внутренними напряжениями и
другими причинами. При закалке заготовки не должны нагружать друг
друга, а находиться в висячем положении. Это позволит избежать не только
внешних напряжений от веса заготовок, но и обеспечит равномерное
охлаждение при закалке. Хорошие результаты достигаются при закалке в штампе.
На коробление зубчатых колес при химико-термическом упрочнении
наибольшее влияние оказывают: марка материала, его микроструктура,
параметры зубьев и условия термообработки.
При закалке коробление зубьев зависит от их геометрии. Возможно
неравномерное утолщение зуба от ножки к голове или, наоборот
неравномерная усадка, или только изменение формы головки, или ножки зуба. Если
деформации подвергается направление зуба, то благодаря тому, что ножка
зуба связана с телом колеса, изменение направления зуба будет увеличиваться
по мере приближения к головке зуба. В любом случае необходимо провести
коррекцию инструмента (например шевера) чтобы учитывая внесенные
термической обработкой погрешности свести к минимуму.
Одним из эффективных путей уменьшения коробления зубчатых колес
при закалке можно считать термообработку в закалочных прессах, на
которых заготовка удерживается примерно как в штампе, значительно снижая
при этом торцевое биение зубчатых колес. Обычно закалке подвергается
рабочая поверхность зубьев колес, а сердцевина остается вязкой, что
обеспечивает их высокую работоспособность. Широкое распространение полу-
555
чили и методы химико-термической обработки зубчатых колес, особенно
процесс нитроцементации.
На величину отклонения эвольвентного профиля при цементации
оказывают влияние материал формы и размеры зубчатых колес. Увеличение
содержания легирующих элементов приводит к короблению заготовок, а
содержание углерода находится в значительной зависимости от объема
металла после закалки. Остаточные напряжения приводят к дополнительным
погрешностям формы заготовок, прошедших термическую обработку
(отпуск снижает остаточные напряжения).
Более жесткое колесо подвергается меньшему влиянию
химико-термического упрочнения. Поэтому при выборе метода механической обработки,
расчете припусков, межоперационных допусков, режимов обработки, марки стали,
методов базирования, следует учитывать влияние термической обработки.
Типичными видами термической и химико-термической обработки
зубчатых колес являются:
1. Газовая цементация, высокий отпуск, ступенчатая закалка, низкий отпуск.
2. Цементация, закалка ТВЧ, отпуск.
3. Цементация, высокий отпуск, закалка, низкий отпуск.
4. Нитроцементация, объемная закалка, отпуск.
5. Газопламенная закалка, отпуск и др.
Выбор термической обработки всегда зависит от требуемых
прочностных и точностных показателей зубчатых колес. Режимы термообработки
определяются химическим составом стали и достигаемыми характеристиками.
После термической обработки зубчатые колеса с равными модулями и
шириной венца, но имеющие большее число зубьев и толщину венца, будут
иметь большую погрешность по направлению и толщине зуба.
На толщину зуба оказывает влияние толщина окалины, которая зависит от
вида термообработки и колеблется от 0,005 до 0,035 мм. Окалина снимается, а
вместе с ней удаляется и слой металла с профиля зубьев толщиной 0,025...
...0,04 мм. Следовательно, увеличение модуля зубчатых колес не вызывает
значительного увеличения погрешности направления зуба, но увеличивает
величину цементированного слоя, что и повышает деформацию зубчатых колес.
Базовые поверхности и особенно шлицевые отверстия следует сохранять
от влияния термической обработки. Таким образом, качество и себестоимость
зубчатых колес в значительной степени зависят от метода термического
упрочнения и оценки его влияния на точность обработки зубчатых колес.
■ 4.11. Процессы абразивной обработки зубьев колес
4.11.1. Шлифование
В зависимости от метода образования профиля зубьев различают зубо-
шлифование обкаткой и зубошлифование копированием.
556
Зубошлифованием обеспечивается 4...6-я степень точности и
микронеровность рабочих поверхностей зубьев колес по параметру Ra от 1,2 до 0,32 мкм,
причем твердость обрабатываемых поверхностей колес может достигать
60 HRQ и более.
Основным недостатком высокоскоростной абразивной обработки зубьев
колес является выделение большого количества теплоты в зоне резания (до
1300 °С), что вызывает на отдельных участках поверхностей зубьев
структурные изменения. Чтобы исключить ожоги, микротрещины, обеспечить
высокое качество обрабатываемых поверхностей применяют эльборовые и
алмазные круги, оптимизируют режимы резания и условия обработки
закаленных колес.
Зубошлифовальные станки обычно работают в полуавтоматическом или
автоматическом режиме и снабжены системой ЧПУ. Зубошлифовальные
станки с ЧПУ позволяют производить обработку цилиндрических зубчатых
колес как в мелкосерийном и крупносерийном производстве. На станках с
ЧПУ возможна корректировка обрабатываемого профиля, так как
шлифовальный круг профилируется специальным проводящим устройством,
встроенном в станок. Обычно максимальный диаметр обрабатываемых
колес не превышает 800 мм, модуль 8 мм, угол наклона зубьев ±30° и вес
заготовки 300 кг, что позволяет охватить основной диапазон изготавливаемых в
машиностроении зубчатых колес.
При шлифовании по методу копирования с профилем,
соответствующим впадине между зубьями неподвижного обрабатываемого колеса, кругу
сообщается (главное) вращательное и возвратно-поступательное движение
продольной подачи вдоль направления зуба (рис. 4.72). Поперечная подача
на глубину шлифования осуществляется периодически после каждого
двойного хода. После полной обработки поворот заготовки (деление) на
заданный угол
Следует учитывать, что для поворота заготовки круг
приходится выводить из зоны резания и только после этого производить поворот
заготовки. Такой метод применяется для
обработки прямозубых колес, точность которых не
превышает 6-й степени.
Шлифование зубьев малого модуля можно
производить без предварительной черновой
обработки. Обычно шлифовальные круги имеют
дисковую форму с рабочим профилем,
соответствующим профилю впадины зубьев колеса.
Шлифование производится после
предварительного образования зубьев. Чаще оно
осуществляется методом обката. Рис 4Л2 Схеш ^ф^.
Шлифование зубьев колеса одним кругом по ния OTCK0BbIM профильным
методу обката заключается в том, что обрабаты- кругом впадины зубьев ко-
ваемое колесо катится по воображаемой рейке в леСа методом копирования
557
Цваг2 Цваг2
а) б)
Рис. 4.73. Схема шлифования коническим двусторонним дисковым
кругом:
a — обкатывание сразу двух сторон впадины зубьев; б — последовательное
обкатывание каждой из сторон впадины зубьев; 1 — заготовка; 2 —
шлифовальный круг; 3 — предполагаемая рейка
обе стороны, что обеспечивает обработку двух противоположных сторон
зуба. На самом деле колесо обкатывается вокруг одного зуба, являющегося
профилем шлифовального круга, который в свою очередь совершает
вращательное и поступательное движение вдоль зуба обрабатываемого колеса.
Затем производится поворот для обработки следующего зуба и так до
полной обработки всех зубьев.
Шлифование по методу обката осуществляется одним или двумя
кругами по траектории подобной обкатыванию зубчатого колеса и зубчатой
рейки. В зависимости от формы круга изменяется схема обработки. Рассмотрим
шлифование зубьев колес одним двусторонним дисковым кругом методом
обката с периодическим делением.
Конический двусторонний круг представляет собой один зуб
воображаемой рейки, находящейся в зацеплении с обрабатываемым колесом (рис. 4.73).
Относительное движение обката создается заготовкой за счет ее
поступательного движения сочетающегося с вращательным. Шлифовальный круг
вращается и только для того, чтобы обработать всю длину зуба ему
придается возвратно-поступательное движение вдоль зуба.
Коническим дисковым кругом можно вести обработку зубьев колес по
двум схемам. В первом случае форма рабочей части шлифовального круга
представляет собой полный зуб рейки и обкатывается сразу с двумя
сторонами зуба заготовки (рис. 4.73, а). Во втором случае форма рабочей части
шлифовального круга представляет собой утоненный зуб рейки и обрабатываем
в начале одну, затем другую сторону впадины колеса (рис. 4.73, б).
Обработка дисковым односторонним кругом может производиться раздельно по
558
snon
$ф
Рис. 4.74. Схемы зубошлифования одним дисковым кругом (а) и
двумя дисковыми кругами (б), работающих конической поверхностью
каждой стороне зуба (рис. 4.74, а) или коническими поверхностями
одновременно двух дисковых кругов (рис. 4.74, б).
При зубошлифовании тарельчатыми кругами инструмент располагается
параллельно (рис. 4.75, а) или под углом зацепления (рис. 4.75, б) и во время
обработки образует профиль одной из сторон зубьев колеса. В процессе
обработки тарельчатые круги совершают (главное) вращательное движение, а
обрабатываемое колесо поступательное движение подачи и движение обката.
При шлифовании двумя узкими тарельчатыми кругами, работающими
поясками своего торца, их рабочие плоскости образуют стороны зуба
производящей рейки, по которой обкатывается обрабатываемое колесо. Обычно
одновременно разместить
два круга в одной впадине
сложно или невозможно
круги разносят на
некоторое расстояние друг от
друга и они размещаются
каждый в своей впадине зуба.
При большом модуле
(более 9... 10 мм) можно
разместить оба круга в одной
впадине.
Обрабатываемое
колесо совершает возвратно-
вращательное и возвратно-
поступательное движение,
т. е. катится по зубу вооб-
.4t^..
^эаг2
б)
Рис. 4.75. Схемы шлифования двумя тарельчатыми
кругами, расположенными параллельно (а) и под
углом (б)
559
Сзаг2
Рис. 4.76. Схема шлифования зубьев колес абразивным червячным кругом:
1 — заготовка; 2 — червячный круг
ражаемой производящей рейки. На самом деле зубчатое колесо
перекатывается без скольжения по поверхностям шлифовальных кругов. Таким
образом процесс обкатки одним и двумя кругами фактически построен на
принципе обкатывания зубчатого колеса по зубьям производящей рейки, вместо
которых установлены круги.
Производительность метода обработки колес коническим кругом ниже,
чем профильным, но точность обработки выше. Метод шлифования
тарельчатыми кругами менее универсален, но обеспечивает высокое качество
обрабатываемых поверхностей.
Наиболее перспективным можно считать метод обработки зубьев колес
абразивным червячным кругом (рис. 4.76), предназначенным для зубошли-
фования обкаткой, когда круг совместно с заготовкой в процессе обработки
представляет собой винтовую зубчатую передачу.
Наиболее производительным методом шлифования является
непрерывное профильные обкатывание абразивным червяком с наружным контуром
глобойдной формы. Профиль абразивного червяка соответствует профилю
зубьев нарезаемого колеса и касание между ними имеет линейную форму.
Электронное управление приводом инструмента и заготовки обеспечивает
высокую точность взаимосвязанных движений.
При обработке зубчатого колеса червячным кругом движение резания
осуществляется непрерывно за счет обкаточно-вращательного движения
заготовки и поступательного движения витка абразивного червяка в осевом
направлении. При этом отсутствуют холостые ходы, что обеспечивает этому
способу обработки высокую производительность.
Червячным шлифовальным кругом достигается 3—4-я степень точности
и параметр шероховатости Ra = 0,63 мкм. Наибольшую стойкость
обеспечивают алмазные, эльборовые и минераллокерамические круги.
При шлифовании обычно выделяется значительное количество теплоты,
поэтому для предотвращения на обрабатываемой поверхности трещин,
прижогов (ожогов) и других дефектов термического происхождения, обра-
560
ботку зубьев следует вести на оптимальных режимах с подачей СОЖ в зону
обработки .
Основное технологическое время при шлифовании цилиндрических
зубчатых колес определяется в зависимости от способа обработки. При
шлифовании зубьев по методу копирования дисковым профильным кругом
и по методу обката двумя тарельчатыми кругами, односторонним и
двусторонним коническим кругом основное время определяется по формуле:
'о=2к("пр+«ок)
21,
р.х
nS
+1,
где ZK — число зубьев обрабатываемого колеса; Пщ, — количество
предварительных ходов круга; пок — количество окончательных ходов круга; Z,px —
длина рабочего хода; п — число двойных ходов (при обработке тарельчатым
кругом); частота хода ползуна (при одно- и двустороннем шлифовании
коническим кругом); п = 1 (при шлифовании профильным кругом); S —
продольная подача (при шлифовании тарельчатым и профильным кругом) подача
обката (при одно- и двустороннем шлифовании коническим кругом).
Длина рабочего хода при шлифовании профильным кругом
определяется по формуле
Ipx = Z> + (20...40)cosp + nmtgp,
где Ъ — высота (ширина) зубчатого венца колеса; р — угол наклона зубьев;
т — модуль.
При шлифовании тарельчатыми кругами или односторонними и
двусторонними коническими кругами длина рабочего хода равна
Ъ_
cosp
где рш — угол наклона зубьев косозубого колеса на производительном
цилиндре.
Расчет основного времени при шлифовании зубьев колес червячным
кругом проводится по формуле
'о=2("пр+"ок)
^.х=—+™*8рш + (з...10),
Р-х
+ 1
ч nS
Длина рабочего хода при шлифовании червячным кругом
^р.х = ^р + 'п'
Напомним, что шлифовальный прижог есть структурно измененный слой или
участок на обработанной поверхности, являющейся следствием теплового действия
шлифования. Шлифовальных прижогов следует всегда избегать, так как он
значительно снижает эксплуатационные возможности поверхностного слоя изделий.
561
где Zp.x — длина резания; Lp =bN (N — число одновременно
обрабатываемых заготовок); /п — длина перебега.
Длина перебега определяется по формуле:
;n = 7MSZ5+3mtgP+(3...5),
cosp
где h — высота зуба колеса; da — диаметр вершины зубьев колеса; т —
модуль; р — угол наклона зуба в станочном зацеплении.
4.11.2. Хонингование
Зубошевингованием обрабатываются в основном колеса модулем от
2 до 6 мм, шириной венца до 500 мм и диаметром от 30 до 500 мм.
Уровень шума зубчатых колес уменьшается на 2...4 дБ. При зубохонингова-
нии без жесткой кинематической связи хона и заготовки, происходит
совместное обкатывание, при этом совершается относительное осевое
перемещение при небольшом и равномерном радиальном или окружном
нагружении. Ось инструмента устанавливается под углом скрещивания к
углу заготовки. Инструмент может совершать дополнительное осевое
колебательное движение.
Процесс хонингования зубьев целесообразно применять после
шевингования и закалки зубьев колес, хотя и возможен вариант исключающий метод
шевингования, т. е. после зубофрезерования или зубодолбления и закалки
зубьев. Однако следует учитывать, что чем точнее выполнена заготовка
перед зубохонингованием, тем выше срок службы дорогостоящего хона,
производительность и качество обрабатываемых поверхностей.
Хонингование зубьев внешнего зацепления, с точки зрения кинематики,
очень близко к шевингованию. Обычно инструмент (хон) представляет
собой абразивный инструмент, выполненный в виде зубчатого колеса с
внутренними зубьями. Осциллирующие движения инструмента позволяют как
врезное, так и продольное хонингование.
Способ зубохонингования с применением хона с внутренними зубьями
позволяет обрабатывать как одновенцовые, так и многовенцовые зубчатые
колеса. Зубохонингование является чистовой обработкой закаленных
прямозубых и косозубых колес, и позволяет обеспечить повышение точности до
5-го квалитета, снизить величину параметра шероховатости до Ra = 0,25 мкм,
при производительности до 0,5 с/зуб.
Главное движение инструмента — вращательное, зубчатое колесо
находится с ним в свободном зацеплении относительно перемещения (движения
подачи) как в продольном, так и поперечном направлениях. Зубошевингова-
ние необходимо для ликвидации погрешностей профиля, биения и шага,
вызванные термической обработкой, снижения микронеровностей.
562
Рис. 4.77. Схема зубохонингования:
а — расположение зубчатого венца хона и обрабатываемого колеса; б —
зацепление зубьев хона и колеса; J—обрабатываемое зубчатое колесо; 2 —
зубчатый венец хона
Инструмент (хон) представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо,
выполненное из абразивного материала. Для каждого модуля и угла
зацепления изготавливается отдельный инструмент.
Чем меньшую величину параметра шероховатости Ra нужно получить,
тем мельче выбирается абразивное зерно, но производительность в этом
случае снижается. Степень твердости связки абразивных зерен в хоне также
оказывает влияние на величину параметра шероховатости. Чем тверже
связка, тем хуже условия самозатачивания, т. е. абразивные зерна затупляются,
но удерживаются прочно, не позволяют вскрыться новым зернам, что
снижает качество обработки и вынуждает проводить частые правки инструмента.
Основным абразивным материалом, используемым для изготовления
хонов, является электрокорунд и карбид кремния (зеленый).
Обычно хон выполняется в виде косозубого внутреннего венца,
образующего с осью обрабатываемого колеса угол скрещивания у, создавая
параллельность зубьев хона и колеса (рис. 4.77). Угол профиля и модуль
инструмента и заготовки одинаковые.
Припуск на рабочую (боковую) поверхность зуба колеса под зубохонин-
гование составляет 0,005...0,025 мм. Чем меньше припуск, тем выше
производительность.
Частота вращения хона зависит от заданных условий обработки и
регулируется в пределах от 20 до 500 мин"1. Хон подается на заготовку на
постоянную величину при каждом изменении направления движения стола
(поперечная подача). Скорость продольного осциллирующего движения составляет от
100 до 500 мм/мин. По мере снятия припуска поперечная подача хона
отключается, хон продолжая вращаться совершает вместе с заготовкой несколько
осциллирующих движений выхаживания. После этого хон останавливается,
отводится от детали для снятия и загрузки следующего изделия.
563
Рис. 4.78. Схема внешнего зубохонингования с радиальным нагружением:
1 — заготовка (зубчатое колесо); 2 — инструмент (хон) с внешними зубьями
Наиболее простым можно считать метод внешнего зубохонингования, у
которого кинематика движений схожа с процессом шевингования. Процесс
обработки закаленных зубьев колес проводится под углом скрещивания
осей (у = 10...15°). Хон изготавливается под конкретное зубчатое колесо и
число его зубьев не кратно числу зубьев колеса. Хон вращается и ведет
зубчатое колесо. Стол с закрепленным на нем колесом совершает возвратно-
поступательные движения, т. е. обрабатываемое колесо перемещается вдоль
своей оси. Хон меняет направление своего вращения в конце каждого хода
стола станка.
Находясь в постоянном контакте и небольшим давлением с зубьями
хона, обрабатываемое колесо постепенно внедряется в зубья хона, делая их
тоньше. Поэтому наружный диаметр хона требует периодической правки
(рис. 4.78).
При зубохонинговании инструмент получает вращение порядка 7... 10 м/с,
колебательные движения с частотой 200. ..300 кол/мин с амплитудой 1,5 мм,
а обрабатываемое колесо совершает возвратно-поступательное движение
2...3 дв.хУмин. Припуск на обработку составляет не более 0,01 мм.
При хонинговании цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным
профилем основное технологическое время определяется по формуле
. ^р.х
где Z,px — длина рабочего хода; SM — продольная подача; п^ — количество
двойных ходов стола за цикл.
Длина рабочего хода больше ширины зубчатого венца обрабатываемого
колеса на 4 мм.
Зубохонингование является перспективным методом чистовой
обработки зубьев колес, способный потеснить методы прикатки и притирки колес,
так как обладает большими технологическими возможностями.
564
4.11.3. Притирка
Притиркой называется доводка деталей, работающих в паре, для
обеспечения наилучшего контакта рабочих поверхностей. Однако в большинстве
случаев при притирке используются специальные инструменты,
выполненные в виде зубчатых колес, повышенной с использованием специальной
абразивной пасты, что значительно повышает производительность процесса.
Притирают зубья цилиндрических и конических колес (имеющих
твердость более 58 HRC3), чтобы уменьшить микронеровности рабочих
поверхностей зубьев, обеспечить заданные формы пятна контакта и уменьшить
уровень шума передач. Обычно при притирке обрабатываемое зубчатое
колесо 1 находится в зацеплении с тремя притирами (чугунными шестернями),
один из которых связан с приводом и совершает (главное) вращательное
движение 2, два других притира 3, 4 получают вращение от обрабатываемой
шестерни, которой придается дополнительное осевое
возвратно-поступательное движение (рис. 4.79). Для обеспечения равной обработки с двух
сторон зубьев направление вращения привода меняется. Давление притиров
на обрабатываемые поверхности колеса создается за счет притормаживания
шпинделей притиров 2 и 3.
Притирку зубьев колес можно осуществлять и одним притиром (рис. 4.80).
Вращательное (главное) движение получает притир, он ведет
обрабатываемое колесо, которое в процессе обработки притормаживают. Притир
совершает осевое, а колесо радиальное колебательное движение. Притир
периодически меняет направление вращения (реверсируется).
Припуск на притирку составляет не более 0,01...0,03 мм на сторону.
При больших припусках метод притирки применять не следует, из-за
резкого снижения эффективности процесса. Притирочные пасты представляют
собой смесь абразивного порошка
(зернистостью 0,003...0,005 мм) и масла.
Шероховатость поверхности при притирке
достигает по параметру Ra до 0,32 мкм.
Притирка зубчатых колес может
осуществляться путем осцилляции и
приведения в движение сначала одного, затем
другого колеса. Процесс обкатки выполняется
за 2000...4000 оборотов. Величина
абразивных зерен в притирочной пасте не
должна превышать 50 мкм.
Обычно притирку проводят после
шлифования. Учитывая, что припуск под
притирку оставляется не более 0,030 мм, Рис. 4.79. Схема обработки зубьев
то точностные характеристики зубчатого колес тремя притирами:
колеса должны быть достигнуты на пред- 1 — обрабатываемое колесо; 2,3,4 —
шествующей обработке. притиры
565
Наиболее производительной схемой
притирки является одновременное обкатывание тремя
притирам, один из которых имеет прямые зубья,
второй косые левого направления, третий косые
зубья правого направления с тем же углом, что и
второго притира.
Рис. 4.80. Схема обработ- Притиры обычно изготавливают из мягкого
ки зубьев колеса одним серого чугуна, стойкость которых составляет
притиром. 15...20 ч. Обработка ведется на специальных зу-
1 обрабатываемое колесо; бопритирочных станках, на которых вместо при-
инструмент (притир) ТИрОВ могут устанавливаться высокоточные
(закаленные) стальные шестерни или даже те зубчатые колеса, которые будут
работать в паре с обрабатываемым колесом, при этом зерна образов в работе
не участвуют.
Таким образом метод притирки зубчатых колес применяется для
уменьшения шума, повышения долговечности и плавности передачи путем
улучшения геометрии зацепления и микрорельефа поверхности зубьев
закаленных зубчатых колес и представляет собой искусственный износ рабочей
поверхности зубьев абразивной массой. Метод притирки осуществляется
свободным обкатыванием обкатываемого колеса с инструментом (чугунные
притиром). В процессе притирки возможно шаржирование абразивных
частиц в рабочую поверхность зубьев колеса.
Качество обработки определяется главным образом размерами абразивных
частиц и длительностью обработки, которая обычно не превышает 5...6 мин.
Увеличение длительности притирки от оптимального времени может
привести к искажению обрабатываемого профиля.
4.12. Процессы обработки конических колес
с криволинейными зубьями
4.12.1. Типы и область применения
Конические колеса с криволинейными зубьями имеют свои
конструктивные и технологические особенности. Различают нулевые, спирально-
конические и гипоидные конические колеса.
Нулевые конические колеса {типа Зерол) имеют криволинейные зубья с
углом спирали в середине длины зуба равным нулю (рис. 4.81).
Угол спирали зубьев равен нулю только в средней точке ширины
зубчатого венца: по одну сторону от этой точки угол спирали положительный, а
по другую — отрицательный. Вследствие этого зубчатая передача имеет
повышенную чувствительность к погрешностям монтажа и деформациям
под нагрузкой.
566
Рис. 4.81. Схема нулевого
конического колеса (типа Зерол):
О — центр колеса; А —
середина венца колеса; В — ширина
венца колеса; ги — радиус
резцовой головки; О' — центр
резцовой головки
Нарезание зубьев нулевых конических
колес производится тем же инструментом и на
тех же станках, на которых обрабатываются
спирально-конические и гипоидные колеса.
Нулевые конические колеса, из-за отсутствия
угла спирали в середине длины зуба, имеют те
же осевые давления, что и конические
прямозубые колеса, следовательно, их можно
устанавливать в привода, первоначально
сконструированные для конических прямозубых
колес. В отличие от прямозубых конических,
нулевые передачи имеют локализованный
контакт, что дает возможность применять этот тип
передач при больших нагрузках.
Колеса типа Зерол рекомендуется
применять в тех случаях, когда от передачи не
требуется особой плавности и бесшумности. Если
профили зубьев нулевых колес после термообработки шлифуются с высокой
точностью, то после этого они могут применяться при больших скоростях.
Спирально-конические колеса имеют криволинейные зубья с углом
спирали не равным нулю (рис. 4.82).
Вследствие кривизны зубьев контакт при зацеплении переходит от
одного конца к другому по поверхности зуба, обеспечивая тем самым
непрерывный контакт на образующей начального конуса одновременно на
нескольких зубьях. Непрерывный контакт позволяет применять этот тип колес
для передачи больших нагрузок, даже при высоких скоростях, сохраняя при
этом бесшумность и плавность хода. Правильно сконструированные
спирально-конические колеса имеют всегда в зацеплении не менее двух зубьев,
благодаря чему они могут передавать мощность
почти на 30 % больше, чем идентичные
конические прямозубые и нулевые.
При проектировании спирально-конических
передач большое значение имеет выбор угла
спирали. Угол спирали рекомендуется выбирать
из следующего ряда 0°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°,
35°, 40°. Для силовых передач, работающих в
тяжелых условиях, чаще всего применяется угол
Р = 35°, при этом осевая сила составляет 80 % от
окружной. Наибольшая допустимая окружная
скорость зависит от условий работы и требуемых
качеств передачи (шум, долговечность и др.).
Гипоидные конические колеса в отличие от
спирально-конических, имеют смещенную ось
ведущей шестерни относительно оси ведомого
567
Рис. 4.82. Схема
спирально-конического колеса:
О — центр колеса; А —
середина венца колеса; Ъ —
ширина венца колеса; ги —
радиус резцовой головки; О' —
центр резцовой головки; Р —
угол спирали
Колесо
Шестерня
Колесо
Рис. 4.83. Схема гипоидного
зацепления:
X — гипоидное смещение
Рис. 4.84. Схема сечения
гипоидной передачи:
АО — ось симметрии
колеса выше или ниже (рис. 4.83). Контакт пары таких шестерен не
расположен вдоль образующей конусов, как в случае спирально-конических колес
с пересекающимися осями, а направлен по кривой в пространстве наклонной к
образующей. Основными поверхностями являются не конусы, а гиперболоиды
вращения (отсюда название — гиперболоидные), которые не могут быть
спроектированы на общую плоскость воображаемого колеса. Однако, изготовление
гипоидных шестерен основано на воображаемом плоском колесе, имеющем
теоретически правильную геликоидальную поверхность, которую пока очень
сложно воспроизвести на станках. Если соблюдать некоторые правила при
определении размеров шестерен, то ошибки в результате применения
воображаемого плоского колеса окажутся незначительными.
Зубья шестерни гипоидной передачи в сечении имеют несимметричный
профиль, как показано на рис. 4.84.
Если у обычных спирально-конических передач на поверхности зубьев
имеется или чистое качение или чистое скольжение, то гипоидная передача
не имеет чистого качения. Все точки поверхности зубьев гипоидных
передач подвержены скольжению, которое происходит не только по высоте
профиля зуба, но также направлено и вдоль линии зуба (рис. 4.85).
Делительный
конус
Делительный
конус
а) б)
Рис. 4.85. Схемы распределения скорости скольжения:
a — схема поверхности зуба спирально-конического колеса; б — схема
поверхности зуба гипоидного колеса; Vp — скорость скольжения в направлении
профиля; VL — скорость скольжения в продольном направлении; VR —
результирующая скорость скольжения
568
Равномерность скольжения во всех точках поверхности зубьев делает
гипоидную передачу еще более плавной и бесшумной, что благоприятно
сказывается на процессе притирки.
С появлением у гипоидных передач продольного скольжения, вдоль
профиля зуба, общая величина относительного скольжения становится больше,
чем у спирально-конических передач. Это приводит к увеличению давления на
профилях зубьев и вызывает необходимость применения новых сортов масел.
В автомобильной промышленности при проектировании гипоидных
передач рекомендуют принимать угол спирали для шестерни |3Ш = 50° и для
колеса |3К = 35°. Обычно угол спирали шестерни гипоидной передачи
больше угла спирали колеса. Угол спирали шестерни не оказывает влияния на
нормальное усилие, действующее в направлении перпендикулярном к
поверхности зуба. Решающим для величины этого усилия является угол
спирали колеса, как правило меньший при гипоидном зацеплении, чем у
спирально-конического зацепления. Поэтому нормальная сила в гипоидной
паре оказывается даже меньшей, чем в спирально-конической.
Нормальный модуль одинаков у сопряженных шестерен, поэтому
торцовый модуль шестерни больше торцового модуля колеса. Положительным
эффектом такого соотношения является большой диаметр, гипоидная
шестерня становится более прочной. Увеличение диаметра позволяет делать
большим передаточное число гипоидной передачи, без уменьшения
диаметра шеек для подшипников шестерен. Следует так же отметить, что у
гипоидных передач значительно выше коэффициент перекрытия, чем у
спирально-конических колес.
Криволинейность зубьев гипоидных и спирально-конических колес
вызывает дополнительные осевые нагрузки по сравнению с коническими
прямозубыми и нулевыми коническими, поэтому на монтирующихся валах
должны быть установлены усиленные подшипники качения.
Гипоидные передачи успешно применяют для передачи низких
скоростей, если желательна плавная и бесшумная работа. Когда окружные
скорости большие, необходимо применять колеса со шлифованными зубьями.
При проектировании гипоидных передач существуют определенные
ограничения: гипоидное смещение шестерни не должно быть больше 1/7
наружного диаметра колеса, а передаточное отношение — не менее 4. Гипоидные
передачи применяют почти на всех легковых автомобилях благодаря
плавности их работы. Дополнительным преимуществом является большая
прочность шестерни гипоидной передачи по сравнению со спирально-
конической шестерней, а смещение оси шестерни способствует
уменьшению габаритной высоты автомобиля.
В зависимости от типа конических колес и их способа нарезания
различают три формы зуба. Форма 1 зуба характеризуется тем, что образующие
начального и внутреннего конусов сходятся в общей вершине, а
образующая наружного конуса (конуса выступов) пересекает эти образующие
конусов (рис. 4.86).
569
Система расчета спирально-конических колес с
формой 1 зуба, принята американской фирмой «Гли-
сон» в 1942 г., и широко применяется на всех
автомобильных и станкостроительных заводах. Прежняя
система расчета, созданная в 1922 г., имела общую
вершину конуса, в которой пересекались образующие
делительного конуса, конуса впадин и конуса выступов.
Спирально-конические колеса занимают особое
место среди различных типов передач. Так для
большинства цилиндрических шестерен форма зуба опре-
Рис. 4.86. Схема фор- деляется их количеством, нормальным модулем, а
мы 1 зуба также углом спирали и коэффициентом смещения
профиля. Основываясь на этих данных, можно точно изготовить шестерни
любым методом, например, червячной фрезой, строганием, фрезерованием,
дисковыми фрезами, долблением и др. Причем цилиндрические пары
шестерен можно формировать из изготовленных разными методами.
При изготовлении спирально-конических и гипоидных передач
появляется новый фактор — продольная кривизна зуба. В зависимости от ее
характера значительно меняется поведение конической передачи при работе под
нагрузкой. Так как продольная кривизна зуба спирально-конических и
гипоидных передач зависит от метода работы зуборезного станка, то выбирая
станок, работающий методом «единичного деления» или методом
«непрерывного деления», мы тем самым задаем определенную кривизну зуба.
Напомним, что в настоящее время известны три основных вида кривой
по длине зуба: дуга окружности, эвольвента, эпициклоида.
Дуга окружности в качестве продольной кривизны зуба характерна для
спирально-конических и гипоидных передач с
формой 1 зуба, обрабатываемых методом
«единичного деления». Для получения дуги
окружности по длине зуба применяется режущий
инструмент типа фрезы с большим количеством резцов
на торце — резцовая головка. В процессе резания
головка, жестко закрепленная на люльке станка,
вращается с определенной угловой скоростью
вокруг своей оси.
При включении движения обката люлька
начинает вращаться, а резцовая головка, вследствие
эксцентричного расположения на люльке, кроме
постоянного вращения, перемещается по
траектории кривой аЪ (рис. 4.87). Во время обкаточного
движения заготовка так же вращается вокруг своей
оси в направлении обратном вращению люльки.
Совокупность вращения резцовой головки и
обкаточных вращений люльки и заготовки по-
Рис. 4.87. Схема
образования дуги окружности по
длине зуба:
ги — радиус резцовой головки;
Р — угол спирали; с — центр
резцовой головки; аЬ —
траектория обката резцовой
головки; М— центр
обрабатываемого колеса
570
Рис. 4.88. Схема формы
2 зуба
зволяет при нарезании спирально-конических и
гипоидных передач получать продольную
кривизну зуба в виде дуги окружности.
У конических передач, имеющих форму 2
зуба, образующие начального конуса, конуса
выступов и конуса впадин не сходятся в одной точке, а
пересекаются вблизи носка зуба, в результате
этого зуб получает значительное сужение от пятки к
носку (рис. 4.88).
Зубья конических передач с формой 2 зуба
имеют большее сужение, чем зубья с формой 1,
поэтому они успешно обрабатываются
двусторонним методом. Из-за сложности подгонки пятна контакта у спирально-
конических и гипоидных передач, нарезанных двухсторонним методом, этот
метод обработки применяется только при изготовлении мелкомодульных
передач, обработка которых односторонним методом невозможна.
В отличие от спирально-конических и гипоидных передач, прямозубые
конические передачи, имеющие зубья формы 2, широко применяют в
автомобилестроении, в качестве сателлитов и полуосевых шестерен
дифференциала. Их обработка осуществляется высокопроизводительным методом
кругового протягивания. Большая производительность и простая
конструкция станка (нет обкаточного движения), а также возможность нарезания
зубчатых колес без подрезки у ножки зуба позволяет методу кругового
протягивания успешно конкурировать с любыми другими.
При форме 3 зуба образующие конуса обточки, делительного конуса и
конуса впадин параллельны друг другу (рис. 4.89). Параллельные
образующие конусов формируют равновысокие зубья, достоинство которых состоит
в том, что при зацеплении они правильно сопрягаются друг с другом. Здесь
легче вносить всевозможные поправки для улучшения пятна контакта, чем у
неправильно сопряженных. Теория зацепления спирально-конических и
гипоидных передач с равновысокими зубьями позволяет конструкторам вести
расчеты в двух направлениях.
В зависимости от расположения центра
резцовой головки по отношению к нарезаемой
заготовке и величины среднего радиуса кривизны,
поведение пятна контакта под нагрузкой различно:
1) если средний радиус кривизны rb = Rp sinp,
то пятно контакта при зацеплении равновысоких
спирально-конических и гипоидных колес под
нагрузкой будет перемещаться в направлении
меньшего диаметра, т. е. к носку зуба (рис. 4.90).
Угол спирали должен быть в пределах
р = 29...300;
571
Рис. 4.89. Схема формы 3
зуба
Рис. 4.90. Схема зацепления равновысоких конических передач:
С — центр резцовой головки; М — центр обрабатываемого колеса; Еу —
радиус основной окружности; Еь — радиус катящейся окружности; Ех —
расстояние от центра колеса до центра резцовой головки; Rp — длина
образующей воображаемого плоского колеса по делительному конусу; Р — угол
спирали; ги — радиус резцовой головки; гь — радиус кривизны; / — длина пятна
контакта без нагрузки; /, — длина пятна контакта под нагрузкой
2) если средний радиус кривизны гь больше чем Rp sin|3, то пятно
контакта под нагрузкой имеет тенденцию перемещаться к пятке зуба, как и у
конических передач с переменной высотой зуба (рис. 4.91). Угол спирали в
этом случае выбирается любой (3 = 0°...50°.
Напомним, что эвольвента — кривая, которая описывается точкой
прямой линии при перекатывании последней без скольжения по окружности
(рис. 4.92). Эвольвентная кривизна зуба в продольном направлении была
получена у равновысоких зубьев формы 3. Инструментом является
коническая фреза, обычно однозаходная, с постоянным шагом, определяемым по
Рис. 4.91. Схема зацепления равновысоких конических передач:
С — центр резцовой головки; М— центр обрабатываемого колеса; Еу —
радиус основной окружности; Еь — радиус катящейся окружности; Ех —
расстояние от центра колеса до центра резцовой головки; Rp — длина
образующей воображаемого плоского колеса по делительному конусу; Р — угол
спирали; ги — радиус резцовой головки; гь — радиус кривизны; / — длина пятна
контакта без нагрузки; /, — длина пятна контакта под нагрузкой
572
нормальному модулю. Нарезание производится
методом «непрерывного деления», когда
инструмент и заготовка вращаются непрерывно с
постоянной скоростью. Фреза устанавливается
своей конической поверхностью касательно к
поверхности воображаемого плоского колеса, а
своей осью касательно к окружности с радиусом р
(рис. 4.93). Этот радиус является радиусом
основной окружности, он участвует в образовании
эвольвентной кривой по длине зуба.
Диаметр меньшего конца фрезы должен
быть не менее некоторой величины,
определяемой в зависимости от высоты зуба, т. е. от
нормального модуля, при этом вершина конуса
должна всегда лежать на минимальном расстоянии g от внутреннего
диаметра колеса.
Нормальный модуль — т„ постоянен по всей ширине зубчатого венца,
так как величина основной окружности не меняется. Угол спирали В
увеличивается от носка к пятке зуба и может быть вычислен в любой точке на
Р
Рис. 4.92. Схема
образования эвольвенты:
а — радиус основной
окружности; Ъ — производящая
прямая; г — длина радиуса
вектора; Р — мгновенная
точка эвольвенты
расстоянии Rx от вершины конуса: cosBx =
К
Рис. 4.93. Схема образования эвольвентной
продольной кривизны зуба:
Т — вершина конической червячной фрезы; М —
центр обрабатываемого колеса; |3Г — угол спирали;
g— расстояние от вершины фрезы до внутреннего
диаметра; р — радиус основной окружности; Л„ Rx —
длина образующей делительного конуса до наружного,
внутреннего и заданного диаметра соответственно
Благодаря тому, что
геометрические параметры
конической передачи
(нормальный модуль; угол спирали;
радиус кривизны и др.) строго
зависят от радиуса основной
окружности р и от
требований к приемлемой
пропорции фрезы, выбор размеров
шестерен значительно
ограничен.
При обработке
спирально-конических колес с
большими углами делительного
конуса фреза работает всей
своей конической
поверхностью, и скорость резания
получается переменной, что
сильно влияет на качество
обрабатываемой
поверхности. Режущий инструмент —
коническая червячная фреза —
573
Рис. 4.94. Схема образования
эпициклоиды:
С — центр катящейся
окружности; Ъ — радиус катящейся
окружности; а — радиус основной
окружности; Р — начало
эпициклоиды; О — центр основной
окружности
очень трудоемка в изготовлении, а
долговечность работы не велика. Из-за этих
недостатков, такой метод обработки применяется редко,
только для мелкомодульных передач (модуль
не более 2 мм), хотя теоретически зацепление
конических передач с эвольвентой кривизной
зубьев является наиболее правильным из всех
существующих зацеплений.
Если окружность перекатывается без
скольжения по другой неподвижной
окружности, находясь с ней в непосредственном и
непрерывном внешнем касании, любая точка
подвижной окружности описывает
траекторию, которая называется эпициклоидой,
(рис. 4.94).
Система образования эпициклоиды в продольном направлении зуба
была первоначально разработана в Италии и Англии, дальнейшее развитие
получила в Швейцарии и Германии. Десятки лет две конкурирующие фирмы
«Эрликон» (Швейцария) и «Клингельнберг» (Германия) выпускают
оборудование для нарезки, закалки, притирки и контроля конических зацеплений
с равновысокими зубьями, имеющих эпициклоидную продольную кривизну.
Фирмы имеют собственные методики этого процесса.
Рассмотрим особенности образования продольной кривизны зуба по
эпициклоиде методом фирмы «Эрликон». Он напоминает выше
приведенный процесс образования
дуговой формы ПО длине Шестерня
зуба. Режущий инструмент
также представляет собой
фрезу, по торцу которой
установлены резцы.
Резцовая головка и
заготовка вращаются
непрерывно с постоянным числом
оборотов, деление
происходит непрерывно. При этом
методе сопряженные
поверхности зубьев
получаются путем воспроизведения на
зуборезном станке
зацепления нарезаемого колеса с
воображаемым производя- Рис. 4.95. Схема зацепления воображаемого про-
щим колесом, зубом которо- изводящего колеса с равновысокой
спирального являются резцы режущего конической передачей:
инструмента (рис. 4.95). Так С— центр резцовой головки
Воображаемое
производящее колесо
Колесо
574
как вращение режущего
инструмента и вращение заготовки
происходит одновременно, то кривая
по длине зуба не будет частью
окружности.
Непрерывное движение
деления в комбинации с
вращательным движением заготовки
осуществляется при условии, что
угловые скорости воображаемого
плоского колеса и резцовой
головки обратно пропорциональны
числу зубьев воображаемого
плоского колеса Zp и числу групп
резцов режущего инструмента.
Если отношение радиусов Еъ1Еу
равно отношению ZWIZP, то имеет
место чистое качение (рис. 4.96).
Вследствие того, что радиус
режущего инструмента ги больше
радиуса катящейся окружности
Рис. 4.96. Схема образования эпициклоид-
ной продольной кривизны зуба:
С — центр катящейся окружности; Еь — радиус
катящейся окружности; М0 — мгновенный центр;
ги — радиус резцовой головки; гь — радиус
кривизны; Еу — радиус основной окружности; Ех —
расстояние от оси режущего инструмента до оси
воображаемой плоскости колеса; М — центр
обрабатываемого колеса; (Зр — угол спирали;
Rp— длина образующей делительного конуса до
внутреннего диаметра
Еь, то резцовая головка производит удлиненную эпициклоиду в направлении
зуба. Радиус кривизны гь не постоянен на всей ширине зубчатого венца, так
как мгновенный центр М0 постоянно перемещается.
Рассмотрим особенности образования кривизны зуба по эпициклоиде
методом фирмы «Клингельнберг», когда резание производится фрезерной
резцовой головкой. Равновысо-
кие зубья конических передач в
продольном направлении
нарезаются по удлиненной
эпициклоиде. Однако две
расположенные на определенном
расстоянии удлиненные эпициклоиды а
и Ъ (с одинаковым радиусом
катящейся окружности Еь,
радиусом основной окружности Еу
и длиной радиуса резцовой
головки ги) не эквидистантны в
противоположность двум рав-
норасположенным на
определенном расстоянии эвольвентам
с и d, имеющим одну основную
окружность (рис. 4.97). Поэтому
траектории продольной кривиз-
Рис. 4.97. Схема образования равновысоких
зубьев по удлиненной эпициклоиде:
а и Ъ — удлиненные эпициклоиды; due —
эвольвенты; Еь — радиус катящейся окружности; ги —
радиус резцовой головки; Еу — радиус основной
окружности; гь — радиус кривизны; к —
катящаяся прямая образующая эвольвенту; т —радиус
основной окружности эвольвент
575
ны выпуклой и вогнутой сторон зуба спирально-конического колеса,
полученного методом «Клингельнберг», также будут не эквидистантны. Это
приводит к тому, что резцовая группа должна состоять не менее, чем из
двух резцов: внутреннего — для образования выпуклого профиля и
наружного — для вогнутого профиля зуба.
Резцовая головка состоит из двух частей: первая часть с внутренними
резцами, вторая — с наружными; обе они вращаются вокруг своего
собственного центра вращения. Головка имеет определенное число групп резцов,
которое определяется как отношение
Е„ Z '
где Zw — число групп резцов резцовой головки; Zp — число зубьев
воображаемого плоского колеса.
Каждая группа имеет по четыре резца, они располагаются в следующей
последовательности: внутренний — средний — средний — наружный.
На рис. 4.98 показана схема образования выпуклой и вогнутой сторон
зуба резцовой головкой. Выпуклая сторона зуба образуется радиусом
режущего инструмента г„, центр которого лежит в центре катящейся окружности
(точка Q. Центр резцовой
головки с наружными
резцами, образующими
вогнутую сторону зуба, будет
перемещаться из точки С в
точку С" и соответственно
будут увеличиваться
радиусы катящейся Е'ь и
основной Е'у окружностей:
Е'х=Е'у+Е'.
Однако отношение
радиусов катящейся и
основной окружностей внутрен-
Рис. 4.98. Схема образования выпуклой и вогнутой
сторон зуба:
С — центр резцовой головки для обработки выпуклой НИХ резцов ДОЛЖНО быть
стороны зуба; С — центр резцовой головки для
обработки вогнутой стороны зуба; ги и г'и — радиусы
резцовых головок для обработки выпуклой и вогнутой сторон
зуба; £(, и Еь — радиусы катящихся окружностей; М„ и
MJ — мгновенные центры; Еу и Е — радиусы
основных окружностей; (Зр — угол спирали; Ra — длина
образующей делительного конуса до наружного диаметра;
Ri — длина образующей делительного конуса до
внутреннего диаметра
постоянно отношению
радиусов катящейся и
основной окружностей
наружных резцов
Изменение бочкообраз-
ности зуба с помощью бес-
576
ступенчато регулируемого эксцентриситета ЕхЬ дает возможность избежать
смещения пятна контакта под нагрузкой на кромку зуба. Благодаря
применению резцовой головки такого типа, данный метод экономически
целесообразен не только в массовом, но и в единичном производстве.
4.12.2. Обработка спирально-конических передач
с круговыми зубьями
Конические передачи с криволинейными зубьями
(спирально-конические, типа Зерол и гипоидные) по методу чистового нарезания разделяют
на обкатные (метод «Дженереит») и полуобкатные (метод «Формейт» и
«Геликсформ»).
Фирмой «Глисон» впервые было выпущено оборудование для
нарезания конических зубчатых колес с криволинейными зубьями резцовыми
головками по методу «Дженереит». При этом классическом методе чистовое
нарезание зубьев колеса и шестерни производят по методу обката, вследст-
вии чего профиль их зубьев представляет собой приближенную эвольвенту.
Полуобкатные передачи появились в редукторах задних мостов в 1938 г.,
после того как Джеймс Глисон получил патент на совершенно новый метод
обработки конических колес резцовой головкой (типа «Формейт»). В этом
случае шестерня нарезается методом обкатки на универсальных зуборезных
станках с применением стандартных резцовых головок и обычной
технологией обработки зубьев. Колесо окончательно обрабатывается методом
врезания, вследствии чего впадина зубьев колеса имеет прямые стороны
(реечный профиль), т. е. в отличии от криволинейного обкатного профиля зуба,
обрабатываемого обкаткой, имеется незначительное добавление металла на
головке и ножке зуба. На профиле зуба шестерни в этом случае, делается
обратное-срезание части металла с ножки и головки зуба, чтобы
компенсировать отсутствие кривизны на профиле зуба колеса (рис. 4.99).
Изменение кривизны в профиле зубьев
шестерни при полуобкаточном методе, достигается —-у—-—°—х~ „
автоматически на станке в процессе обкатки, с гЛ ' ¥ \^~1
применением специальной наладки. Однако бо- Yr=-=— -/—:=г \
лее выпуклый профиль зубьев шестерни приво- \ Я \
дит к некоторому ослаблению прочности в зоне -.. \ [л 2 ^Д
основания зуба, но этот недостаток можно уст- — ^шестерня- ^~
ранить при расчете зубчатой передачи путем
применения большего угла зацепления или вы- v
r - J компенсации отсутствия
сотнои коррекции зуба. кривизны на профиле зуба
Внедрение метода «Формейт» в произвол- колеса-
ство было вызвано чисто экономическими сооб- , >«-«--
1 — профиль зубьев обкатной
ражениями — он имеет высокую производи- передачи; 2 — профиль зубьев
тельность. Его преимущество — в скоростном полуобкатной передачи
19 Технология машиностроения
577
окончательном зубонарезании колеса, хотя время на обработку
сопряженной шестерни остается прежним.
Процесс нарезания зубьев колеса состоит из двух операций:
предварительной и окончательной. Предварительная нарезка производится обычным
способом — стандартной резцовой головкой преимущественно без обкатки
(методом врезания, образуя впадину зуба с прямолинейными сторонами).
Окончательная нарезка зубьев осуществляется на специальных чистовых
станках (также без обкатки), но с применением специальной конструкции
резцовой головки, которая за один оборот окончательно обрабатывает
впадину зуба. Отсутствие обкаточного движения в станке и применение
специальной конструкции резцовой головки позволило производить операцию
чистовой нарезки в 3-5 раз быстрее, чем при обкаточном методе, сохраняя
при этом ту же прочность и плавность хода.
Качество поверхности на профиле зубьев при полуобкаточном методе
выше, чем при обкаточном методе, так как режущая кромка резца снимает
металл не с части высоты зуба, как это имеет место при обкаточном методе,
а по всей высоте, благодаря чему совершенно отсутствует волнистая
поверхность на профиле зуба, которая присуща обкаточному методу.
Полуобкаточный метод нарезки рекомендуется применять для обработки тех
конических зацеплений, у которых колесо имеет угол начального конуса не
менее 70°, передаточное отношение — 3:1.
С возрастанием числа зубьев колеса криволинейный профиль его зубьев
приближается к прямолинейному тем больше, чем больше передаточное
число. Поэтому замена криволинейного профиля конических колес на
прямолинейный вызывает лишь незначительное увеличение припуска под
окончательную нарезку колеса и небольшое изменение в кривизне зубьев
шестерни. Для окончательного зубонарезания колеса полуобкатным
методом часто применяются специальные высокопроизводительные зуборезные
станки.
В 1958 г. фирмой «Глисон» был разработан метод «Геликсформ» для
нарезания спирально-конических и гипоидных колес для мостов легковых и
грузовых автомобилей, автобусов и тракторов, — один из самых
прогрессивных методов высокопроизводительной чистовой обработки зубчатых
конических колес полуобкатных передач, не утративший своего значения и
в настоящее время. Спирально-конические и гипоидные колеса,
обработанные этим методом, по внешнему виду не отличаются от колес, нарезанных
методом «Формейт». Разница между ними заключается в том, что у колес
«Формейт» боковые поверхности зубьев в нормальном сечении имеют
трапецеидальную форму, в то время как у колес «Геликсформ» поверхность
зуба изогнута по винтовой линии. В обоих методах при нарезании зубьев
сопряженной пары в качестве исходных принимаются плоскости
касательные к образующим конусов впадин.
Если углы резания резцов соответствуют углам давления в плоскостях
конусов впадин, то при нарезании зубьев оси резцовых головок должны
578
Рис. 4.100. Схема продолжения осей резцовых
головок при нарезании шестерни а и колеса b и
касательных (тангенциальных) плоскостей
конусов впадин шестерни с и колеса d
быть перпендикулярны
касательным плоскостям, т. е. при
вращении резцовой головки
вершины резцов
перемещаются всегда в
соответствующей плоскости.
Касательные плоскости
конусов впадин шестерни и
колеса располагаются под
некоторым углом друг к
другу (рис. 4.100). Получить
математически точное
соответствие боковых
поверхностей шестерни и колеса невозможно (предпосылкой для этого является
параллельность осей обеих резцовых головок). Однако на практике подбирают
соответствующее разности диаметров резцовых головок и нарезают пару
так, что при выпуклом профиле она будет работать вполне удовлетворительно.
При нарезке зубьев методом «Геликсформ» колеса обрабатываются на
специальных черновых и чистовых автоматах, которые, как и при нарезке
зубьев по методу «Формейт» обрабатывают каждую впадину между зубьями
колеса за один оборот резцовой головки. Разница между обоими методами
обработки состоит в дополнительном перемещении резцовой головки
«Геликсформ». При прохождении каждого резца через впадину между зубьями
колеса, резцовая головка перемещается в осевом направлении и быстро
возвращается в исходное положение, до входа во впадину следующего резца.
Таким образом, на вертикальное режущее движение резцовой головки
накладывается осевое смещение (рис. 4.101).
Движущие кромки резцов описывают винтовую поверхность, благодаря
чему боковые поверхности
зубьев колеса приобретают
эвольвентную винтовую
форму, полностью
соответствующую поверхности зуба
шестерни, обработанной методом
обкатки. Движение резцовой
головки чистового автомата
«Геликсформ» достигается ее
осевым перемещением от
кулачка или копира
специального профиля.
По сравнению с
«Формейт» метод «Геликсформ»
позволяет более просто
добиваться хороших результатов
Рис. 4.101. Схемы параллельного расположения
осей резцовых головок при нарезании шестерни
а и колеса Ь:
справа — положение резцовой головки для
обработки колеса до осевой подачи, слева — после осевой
подачи. Касательные (тангенциальные) плоскости
конусов впадин: с — для шестерни и d— для колеса;
/ — резец до и после осевой подачи
579
по пятну контакта и правильному изменению положения этого пятна под
нагрузкой (нет необходимости делать новую головку, достаточно
скорректировать профиль кулачка для осевого перемещения шпинделя). На
практике экспериментально подбирается тот кулачок, который обеспечивает
лучшие результаты по шуму и пятну контакта после термической обработки и
притирки колес.
Размеры резцов головки «Геликсформ» изменяются ступенями в
радиальном и осевом направлениях для достижения наивыгоднейших условий
резания. Резцовые головки рассчитываются на 8 или 10 ходов за один
оборот, в работе всегда находится только один резец. Между последним и
первым резцом имеется промежуток, соответствующий времени поворота
детали на один зуб. На окончательную обработку колес методом «Геликсформ»
оставляется очень небольшой припуск по толщине зуба (от 0,15...0,3 мм) и
он должен быть правильно распределен между 8-10 резцами головки. Два
первых резца только шабрят, у остальных резцов стружка должна
«закатываться», а не «скалываться». Этот процесс обработки зубьев полностью
автоматизирован и дает хорошие результаты по прочности, пятну контакта и
шуму.
Достоин внимания и метод обработки зубчатых колес «Эрликон» (по
имени разработавшей его фирмы). Он применяется для производства
спирально-конических и гипоидных равновысоких зубчатых передач с эпицик-
лоидной продольной кривизной зубьев. Процесс нарезания конических
передач с равновысокими зубьями осуществляется за два последовательных
этапа. Во время первого этапа вращающейся резцовой головке сообщается
осевая подача на заготовку, резцовая головка прорезает впадины зубьев.
Рабочий процесс при врезании представляет собой сочетание комбинации
двух вращательных движений: вращения заготовки и режущего
инструмента. Необходимое отношение угловых скоростей режущего инструмента и
заготовки, достигается установкой сменных шестерен деления в
делительном механизме станка. На втором этапе нарезания конических передач,
после врезания резцовой головки на всю высоту зуба, осевая подача
выключается и включается обкат люльки, на которой эксцентрично установлена
резцовая головка.
Как и в других случаях обкатки спирально-конических передач, обкатка
профилей равновысоких зубьев, обрабатываемых методом «Эрликон»,
основана на воспроизведении режущими кромками резцов зубьев
воображаемого производящего колеса. Благодаря обкаточному движению люльки,
согласованному с вращением деления заготовки и резцовой головки, профили
зубьев равновысоких конических передач приближаются к эвольвентным.
Локализация пятна контакта достигается за счет различной продольной
кривизны зубьев.
Резцы в резцовых головках, применяемые при обработке методом
«Эрликон», устанавливаются группами, одна группа обрабатывает одну
впадину зуба, вторая группа — следующую впадину и т. д. (рис. 4.102). Каждая
580
группа резцов состоит из
одного чернового резца V, который
работает только верхней
режущей кромкой и двух чистовых
резцов, работающих только
боковыми кромками (резец А для
обработки вогнутых
поверхностей зубьев и / для — выпуклых
поверхностей).
Применение метода
«непрерывного деления» и
возможность двусторонней обработки
не только колеса, но и
шестерни позволяют зуборезным
станкам работать значительно
производительнее станков,
работающих методом «единичного
деления». В то же время при
обкате на этих станках
снимается маленький припуск с
профилей зубьев, нарезаемых за
одну установку, что позволяет обеспечивать высокую точность и
концентричность обрабатываемых конических передач.
Наряду с названными зуборезными станками выпускается оборудование
для притирки, контроля и закалки конических передач. Это позволяет
некоторым автомобильным заводам заменять конические передачи с переменной
высотой зубьев на равновысокие. В России равновысокие конические
передачи в автомобильной промышленности не применяются.
Метод «Клингельнберг» также представляет интерес для
машиностроения. Как упоминалось ранее, фирма «Клингельнберг» создала два
существенно различных метода нарезания разновысоких конических передач —
коническими червячными фрезами и торцевыми резцовыми головками.
Метод нарезания спирально-конических, гипоидных и зерольных
передач коническими фрезами не нашел применения в автомобильной
промышленности, вследствии неэкономичности. Этот метод успешно применяется
только при производстве конических зацеплений мелкого модуля (до 2 мм).
В то же время фирма «Клингельнберг» продолжительное время выпускает
зуборезные станки для обработки конических передач, которые работают
торцевыми резцовыми головками непрерывным методом и в продольном
направлении зуба образуют удлиненную эпициклоиду.
Рабочий ход этих станков складывается из двух непрерывных вращений:
1) вращение резцовой головки и вращение обрабатываемого колеса во-
Z
круг своих осей в отношении: —, где Z — число зубьев обрабатываемого
Рис. 4.102. Схема нарезания равновысоких
конических передач методом «Эрликон»:
V\ — средний резец первой группы резцов; А\ —
наружный резец; 1\ — внутренний резец; V2, A2, h —
резцы второй группы (стрелками показаны
направления вращений)
581
колеса; Zw — число групп резцов резцовой головки;
2) вращение центра резцовой головки вокруг оси воображаемого
производящего колеса, зубья которого воспроизводятся режущими кромками
резцовой головки.
Автоматические станки, работающие по этому методу, применяющиеся
как в массовом, так и в мелкосерийном, и в единичном производствах без
значительной их переналадки, могут нарезать конические передачи с любым
требуемым углом спирали, включая угол, равный нулю (благодаря
применению торцевой резцовой головки, состоящей из двух частей).
При необходимости корректировки пятна контакта, для компенсации
закалочных деформаций и смещения пятна контакта под нагрузкой, ее
можно провести на обоих профилях независимо друг от друга, путем
незначительных регулировок станка и резцовой головки. Конструкция резцовой
головки, состоящей из двух частей, позволяет максимально равномерно
распределить мощность резания на все резцы, что обеспечивает их высокую
стойкость.
При врезании (черновая обработка) профильные резцы разгружаются
вследствии того, что средние резцы прорезают впадину на 0,05т„ глубже,
чем профильные. Относительно большая ширина резцов позволяет получать
радиус выкружки у ножки зуба до 0,3т„, что оказывает положительное
влияние на прочность зуба. Номенклатура резцов головок этого типа
невелика — семью типоразмерами резцов можно нарезать конические передачи
с диапазоном нормальных модулей от т„= 3,5 до т„= 13 мм.
Рассмотрим еще один метод обработки зубьев — метод «Роша»,
применяемый на автомобильном заводе «Рено» (Франция) при нарезании
спирально-конических и гипоидных передач задних мостов (осуществляется на
станках фирмы «Глисон»).
В отличии от метода «Формейт», который используется
автомобильными заводами всего мира при работе на этих станках, нарезание по методу
«Роша» имеет следующие принципиальные особенности:
1) высота зуба постоянна по всей длине;
2) нарезание ведется резцовой головкой меньшего диаметра по
сравнению с диаметром резцовой головки, рекомендуемой фирмой «Глисон», хотя
равновысокие головки «Роша» по типу не отличаются от резцовых головок
«Глисон».
В остальном процесс нарезания идентичен процессу «Глисон», т. е.
последовательность резания по отношению к колесу следующая: в два прохода
без движения обкатки (первый — черновой, второй — чистовой); по
отношению к шестерне — нарезание с обкатом в три прохода (первый —
черновой, второй — чистовой для вогнутого профиля, третий — чистовой для
выпуклого профиля).
К преимуществам метода можно отнести то, что обеспечивая точное
сопряжение равновысоких зубьев и устраняется диагональный контакт,
который обычно имеет место при нарезании зубьев переменной высоты методом
582
«Формейт». В методе «Глисон» корректировка пятна контакта производится
доводкой (т. е. изменением наладки станка), а метод «Роша» исключает ее.
Нарезание спирально-конических и гипоидных зацеплений резцовой
головкой малого диаметра позволяет переместить расположение максимального
модуля внутрь к носку зуба, в то время как резцовой головке,
рекомендуемой фирмой «Глисон» (R резцовой головки равен средней длине
образующей), максимальный модуль нарезается на пятке зуба.
Производственный опыт показывает, что под нагрузкой в конических
передачах с переменной высотой зуба пятно контакта имеет тенденцию
перемещаться по профилю в направлении пятки зуба.
Пятно контакта равновысоких зубьев, нарезанных методом «Роша»,
располагается устойчиво в зоне максимального модуля, а при воздействии
нагрузки распространяется на всю активную поверхность профиля в
направлениях к носку и пятке зуба.
Локализация пятна контакта, а также устойчивость его при колебании
монтажных расстояний, позволяет значительно увеличить долговечность
шестерен с равновысокими зубьями. Учитывая, что в зубчатой конической
передаче «Роша» давление между контактирующими зубьями уменьшается
примерно на 10 %, а долговечность пропорциональна 5, 6-й степени
давления, то это ведет к увеличению продолжительности работы пары шестерен
«Роша» на 100 % по сравнению с парой «Глисон» тех же размеров.
К недостаткам метода можно отнести более высокую себестоимость
нарезания методом «Роша» по сравнению с методом «Глисон». Кроме того,
метод «Роша» не применим к малым диаметрам колес, так как диаметры
резцовой головки становятся очень маленькими.
Анализ методов обработки конических колес с криволинейными
зубьями показывает, что для совершенствования необходимо глубоко изучить их
пути развития, достоинства и недостатки. Обработка конических колес с
криволинейными зубьями по праву считается наиболее сложной и
постоянно совершенствуется, поэтому нужно постоянно изучать специальную
техническую литературу.
Глава 5
Совершенствование технологической системы
и ее элементов
■ 5.1. Методика поиска эффективных
конструкторе ко-технологических решений
Новые технические решения позволяют качественно изменить
технологические процессы обработки изделий. Далеко не всегда они основываются
на патентах, большинство возникающих на производстве проблем удается
решить за счет улучшения уже существующих конструкторско-технологи-
ческих решений. Эту работу рекомендуется выполнять в следующем порядке:
1) определить задачи;
2) построить «дерево цели»;
3) провести систематизацию и анализ существующих решений;
4) обосновать выбранное решение;
5) предложить вариант практической реализации принятого решения.
Определить задачи — значит уточнить исходную проблему, определив
при этом цель, критерий выбора решения и ожидаемый результат.
Необходимо четко сформулировать этапы работы, выделить главные из них,
наметить последовательность их осуществления (рис. 5.1).
Составлению конкретной план-программы способствует построение
схемы «дерева цели — средства», которая позволяет наглядно отразить
связи между проблемой, целями и путями их достижения (рис. 5.2). Вершину
«дерева» составляют «ветви» — пути достижения цели и направления
решения проблемы, при этом описывается средство для предыдущего и цель
для последующего уровней. Самые нижние «ветви» ведут к возможным
конкретным решениям.
Если на «дерево цели —
средства» нанести конкретные
условия, то получим
множество возможных
решений, одно из которых
является предпочтительным.
Пример развернутой схемы
«дерево цели — средства»
представлен на рис. 5.3.
Исходя из поставленных задач
584
Задача
I
Поиск вариантов решения, обеспечивающих
достижение заданных параметров технологического
процесса обработки изделия
I
Выбор и обоснование предлагаемого решения
I
Поиск варианта реализации предлагаемого решения
Рис. 5.1. Последовательность выполнения работы
по совершенствованию процесса обработки изделий
Цель
Задача 1
- Изучаемый вопрос 1.1 L. Изучаемый вопрос 2.1 - Изучаемый вопрос 3.1
Задача 2
I
Задача 3
- Изучаемый вопрос 1.2
Изучаемый вопрос 1.3
- Изучаемый вопрос 3.2
- Изучаемый вопрос 3.3
Рис. 5.2. Схема «дерево цели — средства»
выбирают один из вариантов. При построении такой схемы исходными
материалами являются чертежи детали, заготовки и агрегата, а также
технологический процесс изготовления детали.
Анализируя условия работы машины, агрегата, детали, выявляют
характер силовых и тепловых нагрузок, место их приложения, воздействие
окружающей среды, вид трения в зоне контакта сопрягаемых деталей и внешние
факторы, определяющие обоснование выбора материала, процессов
упрочнения и легирования, технических требований к рабочим поверхностям,
конструктивных особенностей и др.
Изучение базового технологического процесса позволяет, в
частности, получить сведения о соотношении между штучным временем и
тактом выпуска, что определяет количество оборудования, используемого на
каждой операции, целесообразность повышения производительности с
целью уменьшения количества станков на рассматриваемой операции
путем разработки новых или совершенствования существующих методов
обработки.
На основе анализа исходных документов можно предположить, какие
требуются конструкторские или технологические проработки, либо
дополнительные источники информации, а в ряде случаев — экспериментальные
исследования.
Установив, например, необходимость повышения качества
изготовления изделия или повышения срока службы инструмента, нужно в первую
очередь уяснить цель работы, а также направления, в которых ее
необходимо вести. В итоге критического отношения к имеющейся информации
намечаются перспективные направления. В противном случае нет уверенности
не только в успешном завершении, но даже в успешном начале работы.
Например, повышение качества обработки и срока службы шевера,
можно обеспечить путем подбора специальных материалов, и методов
химико-термической и механической обработки.
Определив цель работы, оценивают направления будущих разработок
и формулируют наименование темы. После уточнения всех вопросов
наименование темы может быть таким: «Повышение технико-экономических
585
Повышение технико-экономических показателей шевингования цилиндрических зубчатых колес
I
1. Выбор наиболее
целесообразной
схемы шевингования
2. Установление влияния условий
и режимов резания на качество
и производительность обработки
1.1. Анализ существующих
методов и схем
шевингования
1.2. Анализ факторов,
влияющих на качество
обрабатываемых
поверхностей
1.3. Анализ факторов,
влияющих
на производительность
1.4. Анализ факторов,
влияющих
на стойкость шеверов
I
3. Снижение стоимости
обработки и повышение
стойкости шеверов
2.1. Влияние расположения
режущих кромок
на зубе шевера
2.2. Влияние условий
контакта инструмента
с заготовкой
2.4. Влияние сил
резания
2.3. Влияние скорости
резания
2.5. Влияние подачи
2.6. Влияние длины
хода стола
станка
1
4. Установление
технологических возможностей
предполагаемого технического
режима
3.1. Изучение существующих
технологических процессов
изготовления шеверов
3.2. Применение
электроэрозионной обработки ЭЭО
для изготовления режущих
зубьев шеверов
3.3. Разработка и
изготовление
электродов инструментов
и приспособлениий для
режущих зубьев шеверов
3.4. Сравнительные
стойкости испытания
шеверов
4.1. Моделирование
процесса шевингования
для проведения
исследований
4.2. Изготовление
образцов
и технологической
оснастки
(шеверов,
приспособлений и др.)
4.3. Проведение
исследований
X
<0
■о
о _
Е § р
Я »
« §■§.
С)
а
| о о
III
4J Q> P
Е 5 £
о <» Я
с а
S Е
Е *
о as
•ч-
Рис. 5.3. Пример развернутой схемы «дерево цели»
показателей шевингования путем формирования нового рельефа на рабочей
поверхности шевера». Как видим, в наименовании темы отражена цель
работы и главный путь ее достижения.
Установление цели и основных направлений работы позволяет в
определенной степени конкретизировать вопросы, требующие решения. При
этом следует иметь в виду, что по любому поставленному вопросу в
литературе, как правило, можно найти те или иные технические предложения и
практические рекомендации. При этом возникает вопрос, каким образом
организовать изучение научно-технической литературы, чтобы оно было
эффективным.
Научно-техническая литература включает в себя справочники,
монографии, статьи, авторские свидетельства и патенты, научно-технические
отчеты. Результаты ее изучения обычно оформляют в виде обзора.
Процесс изучения трудоемок, так как по каждому интересующему
вопросу приходится просматривать много литературных источников. Для
того, чтобы целенаправленно вести работу по изучению литературы,
необходимо провести соответствующую подготовку, результатом которой, как уже
отмечалось, является разработка «дерева цели».
Главное — формулировка цели работы, которая должна присутствовать
в наименовании темы. Сформулировать ее для дерева цели не представляет
особого труда. В нашем примере цель работы предельно ясна — повышение
качества обрабатываемых поверхностей и срока службы шевера.
Следует обратить внимание на то, что при проведении исследований в
области технологии машиностроения целью работы всегда является
достижение конкретного результата. Так, например, целью может быть снижение
трудоемкости обработки фасонных отверстий в труднообрабатываемых
материалах, уменьшение среднеарифметического отклонения профиля
поверхности Ra при такой-то операции и др. Однако целью работы не может
быть исследование процесса, изучение операции, так как исследование,
изучение — не цель, а средство достижения поставленной цели.
На пути к поставленной цели, необходимо решить ряд задач, которые
представляют собой отдельные части сформулированного направления
работы или темы. Например, для достижения поставленной цели в теме
«Повышения срока службы шевера путем разработки новой схемы резания...»
необходимо провести исследования схем обработки. Отсюда вытекает ряд
основных задач, связанных с исследованием возможностей новой схемы
резания, изучением качественных показателей, получаемых в результате
обработки и др. Выполнение этих задач позволит достигнуть поставленной цели.
Задачи выделяют на «дереве цели», которые могут быть представлены в
виде графы, таблицы, или в ином виде.
В «дереве цели» (см. рис. 5.3) в первом верхнем прямоугольнике
указывается цель работы, а в прямоугольниках, находящихся ниже, — задачи. В
табл. 5.1 цель работы выделена отдельно, а задачи перечислены под
номерами 1-4.
587
Таблица 5.1
Цель работы: «Повышение технико-экономических показателей
шевингования цилиндрических зубчатых колес»
Задача 1
1.1
1.2
1.3
1.4
Задача 2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Задача 3
3.1
3.2
3.3
3.4
Задача 4
4.1
4.2
4.3
Выбор наиболее целесообразной схемы шевингования
Анализ существующих методов и схем шевингования
Анализ факторов, влияющих на качество обрабатываемых
поверхностей
Анализ факторов, влияющих на производительность шевингования
Анализ факторов, влияющих на стойкость шеверов
Установление влияния условий и режимов резания на качество и
производительность обработки
Влияние расположения режущих кромок на зубе шевера
Влияние условий контакта инструмента с заготовкой
Влияние сил резания
Влияние скорости резания
Влияние подачи
Влияние длины хода стола станка
Снижение себестоимости обработки и повышение стойкости шеверов
Изучение существующих технологических процессов изготовления
шеверов
Применение электроэрозионной обработки для изготовления
режущих зубьев шеверов
Разработка и изготовление электродов-инструментов и
приспособлений для электроэрозионной обработки режущих зубьев шеверов
Сравнительные стойкостные испытания шеверов
Установление технологических возможностей предлагаемого
технического решения
Моделирование процесса шевингования для проведения исследований
Изготовление технологической оснастки (шеверов, приспособлений и
др.) и образцов для исследований
Проведение исследований
Для решения каждой задачи, выделяют частные вопросы, которые в
комплексе определяют суть задачи. Полное выполнение частных вопросов
обеспечит ее решение.
В табл. 5.1 частные вопросы приведены под номерами 1.1, 1.2, 2.1, и
т. д. На рис. 5.3 они указаны в прямоугольниках, находящихся под задачами.
Зачастую возникает необходимость дальнейшей расшифровки содержания
частных вопросов, которым в таблице будут присвоены соответствующие
номера. Например, 1.2 — анализ факторов, влияющих на качество
обрабатываемых поверхностей, — можно разделить на подвопросы 1.2.1
«Геометрические показатели качества поверхности» и 1.2.2 «Физические показатели
качества поверхности» и другие с указанием конкретных наименований
этих показателей. При этом «дерево цели» становится более полным.
Частных вопросов должно быть столько, чтобы в полной мере
выполнить поставленную задачу. Важно, чтобы цель, задачи и изучаемые вопросы
588
формулировали четкий физический смысл и однозначное понимание.
Следует обратить внимание на то, что от тщательности проработки всех
перечисленных вопросов во многом зависит успех работы.
Общий порядок изучения литературы рекомендуется следующий: от
кратких справочников и аннотационных материалов — к подробным и
полным материалам. Вначале изучают материалы по заданному направлению в
справочниках, монографиях, отраслевых информационных обзорах и
экспресс-информациях. Одновременно собирают информацию о литературе и
авторах, которые публиковали материалы по изучаемому вопросу. В
подготовленном таким образом списке литературы будут книги, статьи и другие
публикации. Изучение этой литературы, авторских свидетельств и патентов,
научно-технических отчетов, а также публикаций в журналах, сборниках,
книгах составляет существо следующего этапа работы. В результате будет
собран обширный материал по теме, а также выявлены новые, еще не
изученные публикации.
Заключительный этап работы включает в себя изучение дополнительно
выявленных публикаций и новых изданий. Перед началом изучения
литературы необходимо пронумеровать подготовленные листы бумаги в
соответствии с нумерацией изучаемых вопросов, на «дереве цели». Так, в
частности, на одном из листов будет номер 1.1 и запись «Анализ методов
шевингования», на другом — 1.2 «Анализ факторов, влияющих на точность
обработки» и т. д. В каждом справочнике, книге, статье рассматриваются
различные аспекты по какому-то направлению, поэтому сведения из них
будут занесены на различные подготовленные листы. При этом необходимо
проставить ссылки на те источники, откуда взят материал.
По мере изучения литературы на листах с одним номером из «дерева
цели» будут изложены сведения, взятые из большого количества различных
литературных источников.
Полученные при конспектировании литературы обширные сведения
представляют собой не обзор литературы, а исходный материал для
составления обзора. Обзор литературы должен быть аналитическим, в нем
рассматриваются и объясняются причины противоречивой информации у разных
авторов по одному и тому же вопросу. Обзор должен быть полным,
охватывать максимум сведений по изучаемому вопросу, давать исчерпывающую
информацию по каждой поставленной задаче исследования. По итогам
обзора необходимо сделать выводы, отражающие отношение исследователя к
необходимости и характеру проведения работ по каждой поставленной задаче.
Такие выводы могут быть вариантными. Например, вариант 1 —
информация, полученная в результате изучения литературы по вопросам,
относящимся к какой-либо задаче, исчерпывающая и достаточная для
практического применения без проведения исследований. Таким образом,
поставленная в дереве цели задача выполнена.
В другом случае (вариант 2), информация недостаточно полная, в ряде
случаев имеются противоречия в литературных источниках. Для завершения
589
работы придется провести небольшое по объему исследование, частные
уточняющие эксперименты, позволяющие понять противоречия в источниках.
Так же возможна ситуация (вариант 3), когда информация, полученная при
изучении литературы по заданной задаче, довольно скудная, освещает только
какую-то часть вопроса. В этом случае для выполнения поставленной задачи
необходимо проведение глубоких исследований. Как видим, от
соотношения вариантов зависит не только характер последующей работы, но даже
целесообразность ее продолжения.
Например, если по всем задачам в результате изучения литературы
получена исчерпывающая информация, то на этом работа по теме
заканчивается. При отсутствии конкретных сведений по совершенствованию метода
обработки продолжение темы может вылиться в опытно-конструкторскую
работу с наличием определенного объема исследований, необходимых для
уточнения некоторых положений разрабатываемой конструкции
инструмента. Бывает, что по итогам изучения научно-технической литературы
уточняются направления последующей работы, и даже изменяется
формулировка темы, ставятся новые цели и задачи.
Таким образом, работа по поиску вариантов, обеспечивающих
достижение заданных параметров метода обработки изделия, включает в себя
систематизацию и анализ существующих конструкторско-технологических
решений, выбор варианта известного решения, анализ возникающих
противоречий и предложение варианта решения задачи.
Систематизация и анализ технических решений является важным
этапом в работе над совершенствованием методов обработки. Одной из форм
такой работы является построение структурных матриц. Суть которых
состоит в том, что по одной ее оси размещаются признаки, предназначенные
для выполнения одной функции, а на другой оси — признаки второй
функции (рис. 5.4). Признаки выявляются по данным научно-технической и
патентной литературы. При построении матрицы ранжирование признаков
осуществляется по степени важности, т. е. самый важный признак
отмечается первым от координат, а менее важный — на максимальном удалении.
Виды признаков,
выполняющих
функцию 1
Признак К
Признак Л
Сумма
признаков К и Л
Виды признаков, выполняющих функцию 2
Признак А
Техническое
решение
Техническое
решение
Признак Б
Техническое
решение
Техническое
решение
Сумма
признаков А и Б
Техническое
решение
Рис. 5.4. Схема структурной матрицы
590
Наиболее удобно проводить запись отличительных признаков, а
напротив них записывать функцию. Затем для каждой выявленной функции
выявить частоту использования признаков, предназначенных для выполнения
этой функции. В списке используемой литературы и приложений
приводится год их публикаций. Анализ дат публикаций может показать направление
поиска решения. Например, пути решения какой-то задачи велись 5-10 лет
назад как в нашей стране, так и за рубежом в одном направлении; затем 2-3
года назад, интерес к нему упал, переключился на два других направления,
причем в каждом из них разные приоритеты. Если к одному из направлений
наибольший интерес проявили многие машиностроительные предприятия,
то его целесообразно выделить.
Матрицы желательно выполнять двух видов: на одной указывать
формулировку признака, а на другой — только источник информации (страна,
номер патента, название журнала, его номер, страница, название книги,
номер рисунка и др.).
Наличие пустых клеток в матрице свидетельствует либо о том, что не
найдены материалы, раскрывающие существующие решения, либо до
настоящего времени они еще не разработаны, что свидетельствует о
возможности создания таких решений. Пример заполнения структурной матрицы
представлен на рис. 5.5.
Форма
шевера
Дисковый
Фасонный
Сборный
дисковый
со
вставными
зубьями
Форма канавки
прямая
Патент РФ
№627349, 1999 г.
Патент Япония,
№5524650, 1998 г.
Журнал «СТИН»
№ 12, 2003
Патент РФ,
№38114, 2003 г.
Патент Германия,
№ 2027764, 2003 г.
Журнал «Вестник
машиностроения»
№ 10, 2003 г.
Патент Япония,
№56-21187,
2003 г.
Патент США,
№77412, 2003 г.
наклонная
Патент Франция,
№2142379, 2003 г.
Патент Германия,
№2019873, 2003 г.
Журнал
«Автомобильная
промышленность США» № 1,
2003 г.
Журнал «СТИН»
№ 10,2003 г.
по винтовой линии
Патент Англия,
№ 1032910, 2003 г.
Патент Япония,
№59-38811 2003 г.
Книга
Калашникова С.Н.
«Производство
зубчатых
колес», 1980 г.
Патент Япония,
№60-12115,
2003 г.
Экспресс-
информация № 8,
2003 г.
Рис. 5.5. Пример заполнения структурной матрицы
591
I
ф
s
ID
&
С
2
ф
со
§
Ф
I
Предел насыщения параметра
для 2-го класса технических решений
\
Эволюционная кривая
для 2-го класса
технических решений.
Предел насыщения
параметра
для 1-го класса
технических решений
У.
Эволюционная кривая
для 1-го класса
технических решений
Насыщение
Рис. 5.6. График изменения существенного
параметра при разработке различных
технических решений
При выборе вариантов
новых конструкторских решений
можно использовать и графики.
Их строят по двум наиболее
важным параметрам,
определяющим эффективность решения.
При этом в соответствующих
координатах указываются
библиографические данные
документов. Построение таких
графиков позволяет
концентрировать и классифицировать
информацию об альтернативных
вариантах технологических
решений, систематизировать и
редактировать информацию. С
помощью фактографических
графиков можно проводить
оценку вариантов новых технических решений, что облегчает процесс
выбора окончательного решения. Пример построения фактографического
графика представлен на рис. 5.6.
В определенной степени развитие технологических систем можно
связать с известным законом философии единства и борьбы
противоположностей. Например, параллельная концентрация технологических операций
приводит, в частности, к увеличению числа одновременно участвующих
инструментов. Но при этом усложняется процесс наладки.
Обычно преодолевая конструкторско-технологические противоречия
нужно один параметр улучшить, но остальные при этом не должны
ухудшаться. Такое единство улучшения и ухудшения можно считать единством
положительных и отрицательных эффектов, обусловленным изменением
некоторой части технологической системы называют противоречием.
Между улучшаемой и ухудшаемой сторонами системы необходимо построить
причинно-следственную цепочку. При выявлении технических
противоречий и построений причинно-следственной цепочки намечают пути их
решения. Например, если уменьшить шаг между зубьями протяжки
(предназначенной для обработки базовых отверстий зубчатых колес), то это позволит:
повысить производительность обработки за счет уменьшения длины
инструмента, качество обработки за счет увеличения числа зубьев в работе и
плавности работы инструмента.
Однако уменьшение шага между режущими зубьями протяжки может
привести к уменьшению коэффициента размещения стружки, снижения
подъема на зуб, а следовательно, и увеличению числа зубьев, что, в свою
очередь, скажется на увеличении длины инструмента. В то же время
повышение качества обработки за счет обеспечения более плавной работы инст-
592
румента можно достигнуть за счет расположения режущих зубьев под углом
обрабатываемой поверхности. Это условие обеспечивает и повышение
качества производительности обработки при той же длине инструмента.
Производительность обработки можно повысить за счет использования
одной из комбинаций деформирующе-режуще-выглаживающей обработки. В
сравнении этих вариантов упрощается процесс разрешения технологических
противоречий. Иногда даже формулировки направления работы выявляют
степень возможности решения поставленных задач. Например, при условии
отсутствия возможности приобретения, изготовления или заточки винтовых
протяжек этот вариант не подлежит дальнейшему анализу.
По оставшимся вариантам при построении причинно-следственных
звеньев определяют пути разрешения противоречий. Используя
систематизированную информацию по каждому из возможных направлений, можно
синтезировать предпочтительное решение.
Критерий выбора решения выделяет из множества решений
определенное направление. Каждое решение должно быть технологически
реализуемым и экономически выгодным. Критериями выбора того или иного
решения могут быть также технологичность конструкции, время реализации
решения, себестоимость и т. д.
Практическая реализация предлагаемого решения выполняется в виде
эскиза для промышленного изготовления с подробным выполнением
наиболее важных частей предлагаемой цели в виде деталировок. Материал,
твердость, размеры и качественные характеристики наиболее важного элемента
предлагаемого решения приводятся под условия обработки конкретной детали.
Полученные данные могут быть использованы при построении дерева
цели или носить самостоятельный характер. В любом случае
экспериментальные исследования являются важнейшей частью работы по поиску новых
и совершенствования существующих технических решений. Эксперимент
является основным доказательством правильности выбранного решения.
Грамотно построенные экспериментальные исследования позволяют найти
наиболее перспективный вариант технического решения.
■ 5.2. Пример совершенствования процесса обработки
5.2.1. Анализ методов обработки
Как уже отмечалось, одним из путей совершенствования процессов
обработки является разработка оптимальной комбинации способов
воздействия на обрабатываемый материал.
Постоянно ведется поиск новых более совершенных решений с целью
разработки новых методов обработки и их совершенствования. В любом
случае необходимо выявлять скрытые технологические возможности про-
593
цесса обработки, для чего проводят теоретические и экспериментальные
исследования.
Теоретический и экспериментальный поиск органически взаимосвязаны
между собой, однако, только экспериментальные исследования приносят
конкретный результат. Поэтому знание методики экспериментальных
исследований является основой для продвижения вперед.
Параллельное шевингование
Существует четыре основных метода шевингования: параллельное,
диагональное, тангенциальное и врезное. Они отличаются между собой
направлением подачи, временем обработки и конструкцией шевера. В табл. 5.2
приведены характеристики, технологические возможности и ограничения,
присущие каждому из них.
Таблица 5.2
Характеристика
Диагональный угол, °
Направление подачи
Длина хода стола
Угол скрещивания
осей, °
Ширина зубчатого
венца шевера
Расположение
стружечных канавок шевера
Модификация по
ширине зуба колеса
Модификация по
высоте профиля зуба
колеса
Методы шевингования
параллельное
Ь
1^*
71
3 V
^— *
■Р/Гу
0
Параллельно к
оси колеса
Больше
ширины зубчатого
венца колеса
диагональное
Ь
1
з £>
г у7 '
0...45
Под углом к
оси колеса
Меньше
ширины
зубчатого венца
колеса,
зависит от угла
тангенциальное
"ЙЙ
Wfyy
45...90
Под прямым
углом к оси
колеса
Меньше
ширины зубчатого
венца колеса
врезное
Ж)
tH*
Только на
подачу на
глубину зуба
10...15
Не зависит от
ширины
зубчатого венца
колеса
Зависит от
ширины
зубчатого венца
колеса
Параллельно торцу
Посредством станка
Больше ширины зубчатого
венца колеса
По винтовой линии
Посредством модификации
шевера
Посредством модификации зубьев шевера
594
Параллельное шевингование — метод обработки, при котором
обрабатываемое колесо совершает возвратно-поступательное движение
параллельно своей оси.
В начале цикла стол с обрабатываемым колесом на ускоренной радиальной
подаче перемещается к шеверу, а затем переключается на заданную
радиальную подачу и медленно подводит обрабатьшаемое колесо к шеверу. С этого
момента начинается процесс шевингования комбинированным продольным и
радиальным движением стола. В конце каждого продольного хода
происходит радиальная подача стола для сближения обрабатываемого колеса с ше-
вером при одновременном изменении направления его вращения. В конце
цикла несколько проходов стола осуществляются без радиальной подачи.
По окончании цикла шевингования стол с обрабатываемым колесом на
ускоренной радиальной подаче перемещается в исходное положение.
Ширина зубчатого венца колеса и ширина шевера не зависят друг от друга,
поэтому этим методом можно шевинговать колеса с различной шириной
венца. Недостатками этого метода являются сравнительно малые
производительность обработки и стойкость шевера.
Шевингование с продольной подачей параллельной оси колеса
характеризуется теоретически точным контактом сопряженных боковых
поверхностей зубьев шевера и обрабатываемого колеса в центре скрещивающихся
осей. Эта точка проходит через линию минимального межосевого
расстояния и в этом положении является калибрующей. Для получения
необходимых размеров обрабатываемых зубьев по всей их длине центр скрещивания
осей должен выходить за торцы обрабатываемого колеса. Минимальная
длина продольного хода теоретически равна ширине колеса, а практически
превышает двойную величину перебега.
Ускорение длины хода при параллельном шевинговании снижает
точность обработки. Длину хода стола определяют по формуле
L = b + тн,
где L — ширина зубчатого венца; тн — нормальный модуль
обрабатываемого колеса.
Диагональное шевингование
При диагональном шевинговании обрабатываемое колесо совершает
возвратно-поступательное движение под диагональным углом к оси колеса.
Ширина зубчатого венца колеса Ь, ширина шевера В, угол скрещивания осей
у и угол диагонали ф связаны между собой соотношением
где Ва — активная ширина, Ва = (0,75...0,8)5.
595
Теоретический угол диагонали изменяется от 0 до 90°, практически его
величина находится в пределах 25...60°, а при угле 40° создаются
оптимальные условия для резания и достижения качества обрабатываемой
поверхности. При угле диагонали до 60° можно использовать стандартные ше-
веры со стружечными канавками, расположенными параллельно торцу на
боковых сторонах профиля зуба, при угле боле 60° необходимо применять
специальные шеверы со смещенными относительно торца шевера по
винтовой линии стружечными канавками.
Преимущество диагонального шевингования по сравнению с
параллельным состоит в том, что при перемещении колеса под диагональным
углом длина стола короче, меньше ширины зубчатого венца колеса.
При сокращении длины хода стола станка производительность
повышается до 50 %. Длину хода стола L определяют по формуле
b sin у
L = —+ ю„,
sin((p + y)
где b — ширина зубчатого венца; y — угол между осью колеса и осью шевера;
Ф — угол подачи между осью колеса и направлением продольной подачи.
Увеличение расчетной длины хода стола на один модуль необходимо
для врезания и выхода шевера, а также для учета допуска на ширину
зубчатого венца колеса.
Минимальная ширина шевера определяется по формуле
_ ^sincp
sin((p + Y)
Преимуществом диагонального шевингования является то, что точка
скрещивания осей в процессе резания проходит по всей ширине зуба
шевера. Этим достигается равномерный износ, а следовательно, более высокий
период стойкости шевера. С увеличением угла диагонали ширины шевера
время обработки сокращается. Учитывая, что ширина шевера зависит от
ширины зубчатого венца колеса, диагональное шевингование выгодно
применять для колес с шириной зубчатого венца не более 50 мм.
Диагональное шевингование широко применяют в серийном и массовом
производстве (особенно при небольших расстояниях между зубчатыми венцами).
При диагональном угле более 40° (но не более 90°) метод получил
название диагонально-тангенциального шевингования. При этом ход стола
уменьшен настолько, что зубья колеса могут быть не обработаны
полностью, поэтому требуется применять специальный шевер со смещенными
стружечными канавками.
Тангенциальное шевингование
При тангенциальном шевинговании продольная подача отсутствует и
имеется лишь касательная подача, направленная перпендикулярно оси об-
596
рабатываемого колеса. Шевер должен быть шире, чем зубчатый венец
колеса, для обеспечения достаточного контакта между его зубьями и шевера, а
также для образования продольной бочкообразной модификации зубьев,
при этом они должны иметь вогнутость в продольном направлении.
Режущие зубчики имеют смещение один относительно другого и расположены
по винтовой линии, чтобы компенсировать отсутствие продольной подачи
при снятии стружки. Величина смещения зубчиков равна отношению шага
между зубчиками к числу зубьев шевера.
При необходимом припуске тангенциальное шевингование выполняется
на постоянном межосевом расстоянии за один двойной ход. Если припуск
достаточно велик, возможна работа и за несколько ходов стола с радиальной
подачей. Ход стола определяется по формуле
l = btgy,
где b — ширина зубчатого венца колеса; у — угол скрещивания осей.
Небольшой ход стола обычно составляет +10 мм от среднего
положения, иначе на зубьях колеса могут остаться отпечатки зубчиков шевера.
Ограничение хода стола в обоих направлениях от среднего положения
необходимо и для того, чтобы шевер всегда находился в зацеплении с
обрабатываемым колесом.
Тангенциальное шевингование производительней параллельного и
диагонального, и его обычно применяют для шевингования узких зубчатых
колес, а также колес с закрытыми венцами.
К его недостаткам можно отнести ухудшение качества обрабатываемой
поверхности, так как отсутствие продольной подачи способствует
образованию волнистости на поверхности зубьев, снижается точность обработки:
один профиль по высоте зуба может иметь небольшую вогнутость, а
противоположный — выпуклость, головка зуба может отклоняться вправо или
влево от правильного положения.
Врезное шевингование
При врезном шевинговании подача вдоль оси обрабатываемого колеса
отсутствует, а шевер перемещается к колесу в радиальном направлении.
Рабочий цикл начинается с ускоренной подачи, после достижения заранее
установленного межосевого расстояния меняется направление вращения
шевера. Реверсирование необходимо для того, чтобы с обеих боковых
поверхностей зубьев обрабатываемого колеса снималось одинаковое количество
металла, так как ведущая сторона зуба шевера снимает больше металла, чем
ведомая. После реверсирования шевера подача врезания продолжается.
В конце цикла обработки подача еще раз выключается и шевер отходит
назад, увеличивая расстояние на величину до 0,0005 мм. Затем происходит
выхаживание для удаления отпечатков зубчиков шевера на боковых поверхно-
597
стях зубьев колеса. В конце процесса шевер быстро отходит назад в
исходное положение.
Чтобы инструмент полностью прилегал к поверхности зуба
обрабатываемого колеса при врезном шевинговании зубья шевера выполняются
вогнутыми в продольном направлении. Вогнутость зубчиков подгоняется с
высокой точностью, чтобы получить прямой зуб. Такой шевер можно
использовать для обработки определенной детали.
При врезном шевинговании обрабатывается вся поверхность
одновременно, чтобы не оставить на поверхности зубьев необработанные участки,
режущие кромки зубчиков шевера располагают по винтовой линии подобно
шеверам при тангенциальном шевинговании.
Число зубьев шевера и обрабатываемого колеса находится в
определенной зависимости, их выбирают таким образам, чтобы каждый участок
профиля обрабатывался несколько раз. Количество резцов для различных участков
зуба должно быть одинаковым при известной частоте вращения шевера.
Факторы, влияющие на точность обработки
Шевингование колес является специфическим зубоотделочньм
процессом, сочетающим резание и пластическое деформирование поверхностных
слоев зубьев, происходящим при взаимном движении эвольвентных
зубчатых профилей шевера и обрабатываемого колеса. Эти особенности, а также
отсутствие в шевинговальных станках специальных цепей деления и
обкатки и жесткой кинематической связи между шевером и колесом определяют
зависимость точности параметров зубьев от многих факторов процесса
шевингования: износа станка, приспособления и инструмента; погрешности
установки; нежесткости технологической системы; температурных
деформаций; внутренних напряжений обрабатываемых деталей; копирования
погрешностей предшествующей обработки; недостаточной точности средств и
методов контроля; погрешности настройки станка (рис. 5.7).
В процессе длительной работы узлы станка изнашиваются и оказывают
существенное влияние на точность шевингования. Так, износ подшипников
или повышенное биение центров правой и левой бабок вызывают
погрешности профиля зуба, шага, направления зуба и радиальное биение. Осевое,
торцевое и радиальное биения шпинделя инструмента вызывает биение
шевера. Неточная установка шевера на шпиндель станка приводит к
погрешностям профиля и направления зуба, а также радиальное биение зубчатого
венца. Наличие зазора в горизонтальных направляющих стола вызывает
погрешность шага и конусность зуба. Зазор в вертикальных направляющих
кронштейна стола вызывает погрешности направления, шага и профиля зуба.
Износ зажимного приспособления способствует увеличению
радиального биения зубчатого венца. Прежде всего это относится к износу оправки.
Процесс резания сопровождается значительным выделением теплоты в зоне
обработки. Причиной ее образования является работа, затрачиваемая на уп-
598
Точность шевингования
Износ станка
Износ инструмента
Нежесткость
технологической
системы
Температурные
деформации
Точность средств
и методов измерений
Износ приспособления
Погрешность установки
Копирование погрешности
предшествующей
обработки
Внутренние напряжения
обрабатываемых заготовок
Погрешность настройки
станка
Рис. 5.7. Факторы, влияющие на точность метода шевингования
руго-пластическую деформацию срезаемого слоя металла, трение задней
поверхности инструмента об обрабатываемую поверхность детали и
стружки о переднюю поверхность инструмента. Выделяющаяся теплота
существенно влияет на процесс резания, и, прежде всего на износ инструмента.
С увеличением скорости, подачи и глубины резания температура
инструмента, а следовательно, и его износ повышаются, при этом наибольшее
влияние на этот процесс оказывает скорость, наименьшее — глубина
резания. Износ режущих кромок стружечных канавок шевера на различных
участках боковой поверхности зуба неодинаков. С его увеличением
повышается шероховатость поверхности, возникает погрешность профиля зуба и
резко возрастают усилия резания.
Требуемая точность зубчатого колеса может быть достигнута при
условии правильно выбранных методов и средств контроля. Недостаточная
жесткость технологической системы приводит к отклонению направления
зуба, к увеличению или уменьшению смещения исходного контура и
увеличению микронеровностей обрабатываемых поверхностей. Температурные
деформации и внутренние напряжения, возникающие в процессе обработки
колес, приводят к искажению профиля зуба колеса.
На точность шевингования оказывает влияние копирование
погрешности предшествующей обработки. Она является причиной увеличенной
погрешности окружного шага и радиального биения зубчатого венца при
шевинговании. Недостаточная высота эвольвентного участка профиля зубьев
колеса после предварительного зубонарезания и неблагоприятная форма
припуска под шевингование (увеличенный припуск на головке и ножке
колеса) вызывают увеличение погрешности профиля зуба. Измерительным
колесом проверяют колебания измерительного межосевого расстояния
(ИМР) за оборот колеса и на одном зубе, размер зубьев и припуск под
шевингование.
599
После шевингования, дополнительно контролируют величину
параметров шероховатости поверхности зубьев. При появлении признаков
затупления шевера, характеризующихся возникновением на поверхности зубьев
колеса царапин и неровностей, контроль качества поверхности и формы
профиля необходимо производить чаще.
На точность шевингования большое влияние оказывает погрешность
настройки станка. Неточная установка угла скрещивания осей шевера и
колеса приводит к увеличению отклонения направления зуба и отклонения
основного шага, а также к наличию необработанных участков на боковых
поверхностях зубьев. Неточная установка межосевого расстояния на станке,
а также недостаточное число калибрующих ходов при шевинговании
способствует увеличению или уменьшению смещения исходного контура.
Факторы, влияющие на производительность
На производительность шевингования оказывают влияние
конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы (рис. 5.8).
К конструктивным факторам относят геометрические параметры зубчатого
колеса, угол наклона, модуль, число зубьев шевера и обрабатываемого колеса,
угол зацепления, смещение исходного контура и высота головки зуба шевера.
Модуль, число зубьев и угол наклона, габаритные размеры зубчатого колеса и
шевера зависят друг от друга и оказывают влияние на процесс зубошевингова-
ния. Важным конструктивным фактором является степень перекрытия, которая
определяет количество возможных точек касания зубьев шевера и
обрабатываемого колеса во время прохождения активного участка линии зацепления.
К технологическим факторам относят обрабатываемость материала,
состояние поверхности заготовки и режимы резания.
Обрабатываемость материала характеризуется его
химико-механическими свойствами. Высокие эксплуатационные требования, предъявляемые к
зубчатым передачам, вызывают необходимость применения прочного
материала, сопротивляющегося на изгиб, противостоящего усталостному
выкрашиванию и износу зубьев в процессе эксплуатации. Поэтому чаще
применяют стали, легированные одним или несколькими элементами.
Физическое состояние поверхностного слоя после механической обработки
характеризуется изменениями, требующими деформационного упрочнения.
Оно зависит от режимов резания, геометрии режущего инструмента, его
износа и других условий обработки.
При шевинговании определяют три основных параметра режима
резания: окружную скорость шевера, продольную и радиальную подачи стола.
Дополнительно определяют число продольных ходов стола и величину
припуска под шевингование. Окружная скорость шевера обычно принимается в
пределах 40...80 м/мин и корректируется с учетом времени обработки и
стойкости шевера. Она не зависит от параметров зацепления. С увеличением
окружной скорости стойкость шевера снижается.
600
Обрабатываемое
колесо
Число
зубьев
Модуль
Угол
наклона
Угол
зацепления
Смещение
исходного
контура
Производительность шевингования
I
Конструктивные
факторы
Технологические
факторы
Червячная
фреза
Шевер
Высота головки
зуба
Радиус скругления
головки зуба
Припуск
Состояние после
переточки
Угол наклона
Число зубьев
Смещение исходного
контура
Высота головки
зуба
Эксплуатационные
факторы
Обрабатываемость
материала
Состояние
поверхности
заготовки
Режимы резания
Износ
инструмента
Смазка и
охлаждение
Переточка
инструмента
Рис. 5.8. Факторы, влияющие на производительность зубошевингования
Продольная подача, применяемая при параллельном и диагональном
шевинговании, находится в пределах 75... 125 мм/мин. Продольная подача на
оборот колеса составляет 0,15...0,50 мм/об. Следует отметить, что с
увеличением продольной подачи стола повышается производительность станка,
но ухудшается качество обрабатываемой поверхности и точность обработки.
Чем меньше диаметр обрабатываемого колеса и шевера, тем больше частота
вращения колеса. В некоторых случаях для сохранения производительности
станка при уменьшении частоты вращения шевера продольную подачу стола
повышают, а при увеличении частоты вращения шевера подачу уменьшают.
При радиальной подаче обрабатываемое колесо перемещается
вертикально в направлении шевера. При параллельном и диагональном
шевинговании радиальная подача осуществляется ступенчато во время
реверсирования продольной подачи стола. Радиальная подача на каждый ход стола
выбирается заранее. Общая радиальная подача для обработки зубчатого колеса
определяется по формуле
где AS — припуск на сторону зуба; а — угол профиля.
Стойкость шевера зависит от многих факторов: скорости вращения
шевера, подачи материала и твердости обрабатываемого колеса и шевера,
требуемого качества обработки, снимаемого припуска, типа СОЖ, отношения
размера шевера к размеру обрабатываемого колеса и др. (рис. 5.9).
Износ режущих кромок стружечных канавок на зубьях шевера
определить визуально практически невозможно, поэтому основными критериями,
определяющими необходимость в заточке шевера, являются: точность
профиля на зубьях обрабатываемого колеса, число обработанных деталей,
величина микронеровностей поверхности зубьев колеса, колебание
измерительного межосевого расстояния на одном зубе.
В процессе резания СОЖ способствует уменьшению трения между
инструментом и колесом, отводит теплоту, промывает зону резания, удаляет
стружки, сокращает их контакт с инструментом. При шевинговании тип
СОЖ и степень ее загрязнения оказывают непосредственное влияние на
производительность резания, стойкость шевера и качество поверхности
обрабатываемых зубьев.
Необходимо определять оптимальный припуск под шевингование для
устранения погрешностей в зубчатом зацеплении, которое появляется после
зубофрезерования или зубодолбления. Большой припуск вызывает
погрешность профиля, уменьшается стойкость шевера и увеличивается время
обработки. При минимальном припуске остаются участки необработанной
поверхности. Припуск на сторону под шевингование определяют по формуле
Д£ = 0,01 + 0,005юн,
где AS— припуск на сторону, мм; тн — модуль нормальный, мм.
602
Обрабатываемое
колесо
Твердость
Число
зубьев
Модуль
Угол
наклона
Угол
зацепления
Смещение
исходного
контура
Модуль
Погрешность
профиля
Погрешность
основной
окружности
Дефекты
обрабатываемой
поверхности
Припуск
Материал
Качество
базовых
поверхностей
Требуемое
качество
Стойкость
шеверов
Инструмент
Угол
наклона
Число
зубьев
Смещение
исходного
контура
Высота головки
зуба
Материал
Твердость
Качество
переточки
Число
переточек
Наличие
сколов
1
Оборудование
Схема
обработки
Жесткость
СОЖ
Скорость
вращения
Скорость
подачи
Длина хода
подачи
Распределение
по числу
ходов
Длина
резания
Рис. 5.9. Факторы влияющие на стойкость шеверов
Число продольных ходов стола зависит от величины снимаемого
припуска. Обычное их число составляет 6-10, из них 2-4 — калибрующие. При
малой радиальной подаче и числе продольных ходов более 10-ти
ухудшаются условия резания и снижается стойкость шевера.
Качество заточки шевера влияет на срок его службы, как и его
радиальное биение после заточки.
5.2.2. Зацепление инструмент-заготовка
Условия контакта рабочих поверхностей
Эффективность процесса шевингования определяется геометрией
инструмента, правильным выбором параметров схемы и режима обработки.
Необходимо совершенствовать схему обработки на основе результатов
исследования геометрии станочного зацепления (шевер — обрабатываемое
зубчатое колесо). Условия резания при шевинговании и качество обработки
зависят от того, как увязана геометрия режущих инструментов с
расположением и формой активно действующих линий, а также от направления и
величины векторов скоростей относительного движения сопряженных
поверхностей зубьев инструмента и колеса. Определение этих параметров
зацепления является важной задачей теоретического анализа.
Активными действующими называют линии на главных поверхностях
при их взаимодействии. По этим линиям размещаются следы срезов от
режущих кромок инструмента, параллельно им располагаются гребешки
микронеровностей. Величина снимаемого слоя при обработке определяется
количеством режущих кромок стружечных канавок на зубьях шевера,
пересекающихся с активной действующей линией в период пересопряжения одной
пары зубьев. Таким образом, для того чтобы правильно выбрать
направление режущих кромок стружечных канавок на зубьях инструмента,
необходимо знать ориентацию и форму активных действующих линий. Так, напри-
Активно мер, если активная действующая линия (рис. 5.10)
действующая Режущие располагается на зубе инструмента наклонно, то це-
линия кромки лесообразно режущие кромки расположить
перпендикулярно ей, и тем самым увеличить число срезов
за один проход.
Обеспечение требуемой точности и качества
обработки в значительной мере зависит от величины и
направления относительной скорости в зацеплении
Зуб шевер-обрабатываемое зубчатое колесо. В част-
шевеРа ности, высокое качество обрабатываемой поверхно-
Рис. 5.10. Расположе- ста возможно при обеспечении одинаковых условий
ние режущих кромок резания по всей поверхности зуба колеса. Эти усло-
на зубе шевера вия могут быть достигнуты, если величина относи-
604
огн2
огнЗ
тельной скорости и угол между
направлением вектора этой
скорости и направление вектора
режущей кромки остаются
постоянными. При значительном
изменении этого угла в процессе
обработки образуемая
поверхность приобретает
неравномерную микрогеометрию
(величина снимаемого слоя
неодинакова на разных участках
профиля). Для выбора направления
режущих кромок и их формы
следует знать величину векторов
скоростей относительно
движения (Котн) в различных точках
поверхности зуба (рис. 5.11). Рис- 5Л1> Теоретическая форма режущей кромки
Кинематический анализ станочного зацепления сводится к определению
координат активных действующих линий и векторов относительных скоростей.
Шевингование с укороченной длиной хода стола
Актуальной задачей является создание способов и конструкций ше-
веров для чистовой обработки, позволяющих
повысить производительность при высоком
качестве обрабатываемой поверхности.
Шевингование зубьев цилиндрических колес
с укороченной длиной хода производится при
взаимном вращении шевера 1 и обрабатываемого
колеса 2, оси которых располагаются под углом
скрещивания (рис. 5.12). Обрабатываемому
зубчатому колесу 2 сообщается продольная подача 3. В
конце каждой продольной подачи длину рабочего
хода равномерно увеличивают, и при последнем
рабочем ходе его длина достигает значения,
которое определяется по формуле
:/
<
Рис. 5.12. Схема метода
шевингования с укороченной
длиной хода стола станка:
1 — шевер; 2 —
обрабатываемое колесо; 3 — продольная
подача; 4 — поперечная подача
L = 2t + к,
где L — длина рабочего хода продольной
подачи, мм; t — шаг стружечных канавок шевера,
мм; к — величина, зависящая от требуемой
шероховатости поверхности и бочкообразности
боковой поверхности зубьев колеса, равная
0,1...0,2мм.
605
Одновременно с изменением длины рабочего хода и продольной
подачи осуществляют радиальную подачу 4 и реверс вращения шевера и
обрабатываемого колеса, рабочие поверхности которого выполняются
вогнутыми по длине зуба с двух сторон, а ширина их больше, чем
ширина зубчатого колеса.
Расчет вогнутости шевера
Для расчета вогнутости шевера необходимо определить следующие
дополнительные параметры: длину линии зацепления колеса инструмента /,
коэффициент необходимого перекрытия активной линии зацепления в торце А/.
Длину активной линии зацепления сопряженного колеса в торце
определяют по формуле
/ = 0,5
лЯ2 ~ d\ + 4d*s - d20C - 2dw ■ sin a?,
где de — наружный диаметр колеса; d0 — основной диаметр окружности
колеса; des — наружный диаметр сопряженного колеса; doc — основной
диаметр сопряженного колеса; dw — межосевое расстояние; aqs — торцевой
угол зацепления.
Необходимое перекрытие активной линии зацепления в торце
рассчитывают по формуле
Д/=0Л5^
sma?,
где ms — модуль торцевой.
Ширина шевера состоит из двух частей: калибрующей В, которая
определяется как длина перемещения точки скрещивания осей вдоль оси шевера
и наименьшей профилирующей части В, необходимой для профилирования
зуба колеса, которую определяют как проекцию рабочей линии зацепления
на ось шевера
^ 2(/ + A/)cos8g>
sin 8
где sin 8 — угол подъема винтовой линии на основном цилиндре; cos Ън —
угол подъема винтовой линии на основном цилиндре шевера.
Ширина венца шевера
Вн =[В + /S£ + (2..3)] + 0,5L,
где Вн — калибрующая часть шевера; Д5 — профилирующая часть шевера;
L — длина рабочего хода стола станка.
Калибрующая часть шевера
606
5 = ,
cosy
где b — ширина венца колеса; у — угол скрещивания осей.
Величину вогнутости шевера определяют по формуле
smaH0,
где Вн — расчетная величина ширины венца шевера; у — угол скрещивания
осей; dw — межосевое расстояние в зацеплении шевер-колесо; ан0 — угол
зацепления в нормальном сечении.
5.2.3. Выбор объекта и методики экспериментальных работ
В качестве объекта исследований выберем, например, шестерню второй
передачи промежуточного вала коробки передач автомобиля ЗИЛ.
Основные параметры этой шестерни следующие: модуль нормальный —
3,5 мм; число зубьев — 22; направление линии зуба — правое; угол наклона —
20°40'15"; угол профиля — 20°; диаметр делительной окружности —
84,734 мм; полная высота зуба— 8,5 мм; ширина зубчатого венца — 31 мм;
толщина зуба по дуге делительной окружности по нормали (теоретическая) —
6,188 мм; материал — сталь 25 ХГТ.
Для проведения исследований спроектирован и изготовлен шевер со
следующими параметрами: модуль — 3,5 мм; угол зацепления — 20°;
диаметр делительной окружности — 230,780 мм; угол наклона зубьев на
делительной окружности — 9°40'5"; направление наклона зуба — левое; диаметр
основной окружности — 216,494 мм; число зубьев — 65; величина
вогнутости по направлению зуба — 0,04-0,005; ширина зубчатого венца — 42 мм;
материал — сталь Р18.
Для проведения исследований использовался зубошевинговальный
станок модели 57028, предназначенный для чистовой обработки зубчатых
незакаленных цилиндрических колес внешнего зацепления в условиях
серийного и массового производства. На нем можно обрабатывать зубчатые
колеса с модулем от 1,5 до 6 мм, наибольшим диаметром изделия до 320 мм и
шириной зубчатого венца до 100 мм, с общей длиной валов до 500 мм.
Поворотные направляющие стола позволяют шевинговать с
продольной, диагональной и поперечной подачами. При всех видах подач обработку
можно вести с реверсом или без реверса шевера. Зажим изделия
осуществляется гидроцилиндром. Счетчик обработанных деталей позволяет следить
за своевременной сменой инструмента, а механизм качания стола
обрабатывает колеса с бочкообразной формой зуба, бочку на закрытых венцах и ко-
607
нусный зуб. Материал для изготовления зубчатых колес выбирают в
зависимости от условий эксплуатации и типа зубчатых передач, их
геометрических параметров и передаваемых нагрузок, окружных скоростей и др.
При выборе марки стали для зубчатых передач автомобиля,
определяющими факторами являются прочность зубьев (сопротивление на изгиб),
контактная их прочность (сопротивление усталостному выкрашиванию) и
сопротивление износу в процессе эксплуатации.
В процессе экспериментальных исследований применялись стали марок
25ХГТ и 25ХГМ. Химический состав стали 25ХГМ приведен в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Содержание элемента, %
Углерод
0,23...0,27
Марганец
0,8...1,1
Хром
0,8...1,1
Молибден
0,15...0,25
Кремний
0,17...0,37
Сера
0,035
Фосфор Никель
не более
0,035 0,4
Заготовки для шестерни получали штамповкой с последующим
отжигом в методической проходной печи, температура которой по зонам
составлена: 1-я — 900...9200; 2-я — 860...8800; 3-я —650... 670°.
Механические свойства поковки после отжига: предел текучести — ПН- мм;
предел прочности — 12 Н • мм; относительное удлинение — 10 %; сужение
поперечного сечения — 0,6 Н • мм; твердость 156-201 НВ.
Химический состав стали 25ХГТ приведен в табл. 5.3.
Таблица 5.3
Содержание элемента, %
Углерод
0,22...0,29
Марганец
0,8...1,1
Хром
1,0...1,3
Титан
0,06... 1,3
Кремний
0,17...0,37
Сера
0,04
Фосфор Никель
не более
0,04 0,04
Заготовки для шестерни получали штамповкой с последующей
нормализацией при температуре 950... 970°. Механические свойства поковки
после нормализации: предел прочности — 11,5 Н • мм; предел текучести —
ПН- мм; относительное удлинение — 9 %; сужение поперечного сечения —
0,6 Н • см; твердость 156-201 НВ.
Качество зацепления зубчатых передач оценивают, исходя из
погрешностей зацепления, которые вызывают распределение нагрузки по высоте и
ширине зуба, а также между отдельными зубьями, последовательно
входящими в зацепление. На нагрузочную способность зубчатых колес влияют
ошибки основного шага, погрешности профиля, шероховатость рабочих
поверхностей зубьев и погрешность направления зуба. Ошибка по основному
шагу зуба вызывает изменение в распределение нагрузки между
отдельными зубьями, последовательно входящими в зацепление.
608
Погрешность профиля зуба выражается в отклонении фактического
профиля от его идеальной формы. Это отклонение вызывает неравномерное
движение и появление вследствие этого динамических нагрузок, а также
отклонение зацепления зубьев от теоретического. Существенным также
является взаимное расположение погрешностей двух находящихся в
зацеплении зубьев.
Исследования необходимо проводить в следующем порядке.
1. Отобрать 27 деталей по ТУ и проверяют их по следующим
параметрам: размер отверстия, биение базовых торцев не более 0,05 мм.
2. Обработать на зубофрезерном станке 27 деталей с припуском 0,15 мм
под шевингование.
3. Измерить колебание ИМР за оборот и от зуба к зубу.
4. Проверить зубошевинговальный станок на точность: радиальное и
торцевое биение центрирующих и опорных поверхностей приспособлений;
радиальное и торцевое биение центрирующей поверхности и опорной шейки
шпинделя; радиальный зазор втулки и подшипников контрподдержки и ше-
верной головки; осевой зазор в подшипниках инструментального шпинделя.
5. Шевинговать 27 деталей на следующих режимах резания:
а) v = 49,7 м/мин; п = 250 мин; Su = 90; 71; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
L = 4; 6; 8 мм; у = 15°; U = 10(6 р.х. + 4 х.х.);
б) v = 39,8 м/мин; п = 200 мин; Sn = 90; 71; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
L = 4; 6; 8 мм; у = 15°; U= 10(6 р.х. + 4 х.х.);
в) v = 29,9 м/мин; п = 160 мин; Su = 90; 72; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
1 = 4; 6; 8 мм; у =15°; С/= 10(6 р.х.+ 4 х.х.).
6. Измерить шевингованные зубчатые колеса по следующим
параметрам: колебание ИМР за оборот и от зуба к зубу; погрешность профиля зуба;
погрешность направления зуба.
Экспериментальные исследования проводились также с целью
определения оптимальной схемы расположения стружечных канавок на боковой
поверхности профиля зуба шевера. Для этого были изготовлены шевера с
различными схемами расположения стружечных канавок.
Для проведения исследований необходимо:
1) промаркировать шевера и обрабатываемые заготовки;
2) проверить зубошевинговальный станок по точности.
3) после установки инструмента на станок и проверки пятна контакта
начать производственные испытания шеверов.
Для шевера № 1 выбирают контрольные детали через 250 штук и
соответственно маркируют: № 1 (1), № 2 (250), № 3 (500)...№10 (2250).
Для шевера № 2 в качестве контрольной детали выбирают каждую 250-ю
и маркируют: № 2(1), № 2(250)...№ 2(2250).
Каждую смену проверяют по пять деталей в начале и в конце смены по
колебанию ИМР за оборот и от зуба к зубу, результаты измерений заносят в
протокол.
20 Технология машиностроения
609
Рис. 5.13. Устройство для измерения составляющих сил резания при
зубошевинговании:
/ — режущий инструмент; 2 — обрабатываемое колесо; 3 — фланец; 4 —
крышка; 5 — оправка; 6 — винт; 7 — опорное кольцо; 8 — кожух; 9 —
опорная площадка; 10 — тензометрические опоры
Для образования и съема стружки необходимо усилие прижима на
боковые поверхности зуба шевера и обрабатываемого колеса. Это усилие
возникает между боковыми поверхностями зубьев в результате воздействия
радиального усилия, которое получается за счет радиальной подачи
заготовки в направлении оси шевера.
Для измерения сил резания было спроектировано и изготовлено
устройство к универсальному динамометру типа УДМ-1 (рис. 5.13). Устройство
имеет корпус, в котором на подшипниковых опорах установлена оправка 5 с
обрабатываемым колесом 2. Осевой зазор набирается за счет размещения
одной подшипниковой опоры в фланце 3, причем зазор выбирается через
опорное кольцо 7 и фланец 4 винтом 6. Устройство крепится четырьмя
винтами к опорной площадке 9, которая контактирует с тензометрическими
опорами 10. Для предохранения зоны работы датчиков от попадания СОЖ
был спроектирован и изготовлен специальный кожух 8.
Рабочее движение режущего инструмента 1 вызывает главное усилие
резания, которое действует в направлении боковой поверхности зуба и мо-
610
жет быть измерено как осевое
усилие, приложенное к
обрабатываемому колесу 2.
В блок-схему для измерения
сил резания при зубошевингова-
нии входят установленное на
универсальном динамометре (УДМ)
устройство с обрабатываемым
колесом, усилитель осциллографа и
записывающий прибор (рис. 5.14).
Измерение сил резания при
шевинговании осуществляется в
два этапа.
1. Тарирование и построение
тарировочного графика.
2. Измерение сил резания
Нагрузка
УДМ
Усилитель
Приборный
щит
Осциллограф
Рис. 5.14. Блок-схема измерения
составляющих сил резания
непосредственно на зубошевинговальном станке в лабораторных условиях.
Тарирование необходимо проводить на тарировочном стенде. Нагрузку
осуществлять отдельно по каждой измеряемой составляющей силы резания
через определенные интервалы (например, через 0,198 кН) в пределах
диапазона динамометра, контроль осуществлять с помощью записывающего
прибора. Затем строить тарировочный график.
При шевинговании действуют силы Р„ Ру и Р. Корпус устройства для
измерения сил резания жестко закреплен на площадке УДМ-1, которая
подвешена на тензометрических опорах. В результате приложенных сил опоры
деформируются, возникают электросигналы (положительные и
отрицательные) по всем трем составляющим. Затем сигнал поступает в усилитель и
оттуда в зависимости от коэффициента усиления и поступает на приборный
щит и осциллограф.
Затем необходимо:
1) отобрать 120 штук заготовок и проверить размер отверстия и биение
базовых торцов;
2) нарезать на зубофрезерном станке 120 деталей с заданным припуском
под шевингование;
3) измерить колебание ИМР за оборот и от зуба к зубу, отклонение
профиля, твердость режущей части инструмента и заготовок, величину параметров
шероховатости обрабатываемых поверхностей зубьев и износ инструмента;
4) проверить зубошевинговальный станок по точности;
5) шевинговать детали с коротким ходом стола станка, при
диагональном и параллельном шевинговании следующих режимов резания:
5.1. v = 49,7 м/мин; п = 250 мин; Sn= 90; 71; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
1 = 4; 6; 8 мм; у = 15°; U= (6 р.х. + 4 х.х.);5„ = 42 мм;
5.2. v = 39,8 м/мин; п = 200 мин; Sn = 90; 71; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
L = 4; 6; 8 мм; у = 15°; U= 10(6 р.х. + 4 х.х.); ВИ = 42 мм;
611
5.3. v = 29,9 м/мин; п = 160 мин; S„ = 90; 71; 56 мм/мин; Sp = 0,04 мм/ход;
1 = 4;6;8мм;у= 15°; U= 10(6 р.х. + 4 х.х.); Ви = 42 мм.
6. Обработать результаты исследований.
Математическая обработка результатов
При исследовании технологических возможностей метода обработки
определяют оптимальные возможности достижения заданных параметров
точности, шероховатости, производительности или других показателей
процесса. Результаты таких исследований можно найти в учебной и справочной
литературе, где они отражены в виде графиков и формул. В большинстве
это результаты экспериментальных исследований.
Например, в результате исследований было определено влияние подачи,
скорости, глубины резания, твердости материала, жесткости
технологической системы, СОЖ и других факторов на величину параметра
шероховатости обрабатываемых поверхностей. Исследователи получили эмпирические
зависимости параметра шероховатости Ra от подачи инструмента S, были
построены графики этих зависимостей Ra = f{S), Ra = /(v), Ra = f{t), Ra =
=/(#£) и др.
При проведении экспериментов получают ряд изменений двух величин,
связанных между собой функциональной зависимостью. На основании
экспериментальных данных можно подобрать алгебраические формулы,
которые описывают процесс.
На графиках все результаты измерений изображают в виде точек на
корреляционном поле. Если мысленно натянуть между этими точками нить
так, чтобы их суммарные отклонения в обе стороны были равными, то
получим прямую линию. От полученной прямой берут две точки с
координатами (х\, y>i), (x2, уг), подставляют эти координаты в формулу, например,
у = ах + Ъ и получают систему линейных уравнений:
ух=ахх + Ъ\
у г = ах2 + Ъ.
х* Определив неизвестные коэффициенты а и Ь,
получают эмпирическую формулу. Простейшим ее
видом является у = ах + Ъ или>> = ах + Ъх + с и т. д.
Задача установления эмпирической формулы
заключается в вычислении коэффициентов а, Ъ, с
и т. д. Вид графической зависимости представлен
на рис. 5.15.
о У Расчет этих коэффициентов можно провести на
Рис. 5.15. Вид эксперимен- ЭВМ. Блок-схема расчета представлена на рис. 5.16.
тальных данных в виде Технологический процесс является многофак-
графической зависимости торной системой, анализ которой целесообразно
612
проводить, используя метод планирования
постановки эксперимента, определяют число и
условия проведения опытов, необходимых и
достаточных для решения поставленной
задачи с требуемой точностью.
Классическим методом постановки
эксперимента является однофакторный эксперимент,
когда исследуется влияние одного фактора при
неизменных всех других. Найденные
зависимости исследуемой величины только от одного
фактора представляют в виде графика. Таким же
образом находятся зависимости от другого
фактора и т. д. Использование однофакторного
эксперимента достаточно просто и наглядно, но
требует большого числа опытов. При
исследовании многофакторных процессов полученные
частные зависимости бывает трудно объединить.
Обычно экспериментальные исследования
проводят для решения экстремальной или
интерполяционной задачи. Экспериментальные
исследования, проводимые для решения задач
оптимизации, называют экстремальными.
Интерполяционную задачу решают путем построения
интерполяционной формулы для предсказания значений изучаемого параметра, зависящего
от нескольких факторов. Для решения задачи необходимо иметь
математическую модель, т. е. систему математических соотношений, описывающих
исследуемый объект. Исследуемый объект должен удовлетворять
требованию воспроизводимости, т. е. при повторении эксперимента разброс
значений полученных результатов не должен превышать некоторой заданной
величины. Параметр оптимизации выбирается один, он должен быть
доступным для измерений и иметь физический смысл.
На объект исследований действуют как управляемые, так и
неуправляемые факторы. Фактором называют независимую переменную величину,
влияющую на параметр оптимизации. При исследовании метода обработки
следует стремиться учитывать все существующие факторы.
Для исследования технологических возможностей принятого
конструкторского или технологического решения необходима математическая
модель под которой понимают функцию у =/(хих2,*з, •••,*«)• Наиболее
простой моделью может быть полином первой, второй и более высокой степени.
Коэффициенты полиномов определяют по результатам экспериментальных
исследований.
Полином первой степени для трех факторов выражается уравнением
у = а0 + а{х{ + а2х2 + аъхъ + а{2х{х2 + ахъхххъ + а22х2х2 + 0\nx\x2xv
Напало
Ввод исходных
данных
Л
Вычисление
коэффициентов
линейных уравнений
Решение систем
линейных уравнений
Вычисление
параметров
эмпирических формул
Конец
Рис. 5.16. Блок-схема расчета
коэффициентов уравнений
613
Для более полного описания процесса иногда используют полином второй
степени. В этом случае полином для трех факторов выражается уравнением
у = а0 + а1х1 + а2х2 + аъхъ + а{ хх{ + а22х2 + Ь33х3 + апххх2 +
"т Cit'iXtX'i т uoi^ai "т СХ\ 2-1Л1Л2Л1.
Эксперимент, который реализует все возможные сочетания уровней
факторов, называется полным факторным экспериментом. Полный
факторный эксперимент требует кодирования факторов, т. е. верхний уровень
обозначают +1, нижний -1, основной — 0. Если число уровней каждого фактора
т, то число всех состояний уровней факторов ./V, т. е. число экспериментов
будет определяться по формуле: N = т".
Факторный эксперимент осуществляется с помощью матрицы
планирования (табл. 5.4). Например, для двух факторов (2"), число строк
соответствует числу экспериментов, где уровни факторов jc, и х2 обозначены
соответственно +1 и -1, а значения функции отклика, получаемые в результате
эксперимента, обозначены у \,у2,уз ИУ*- Вместо +1 и-1, можно записать только
знаки + и -.
Линейная модель будет иметь вид
у = а0 + а{хх + а2х2 + апх{х2.
Таблица 5.4
№
эксперимента
1
2
3
4
*о
+
+
+
+
*i
-
-
+
+
*2
+
-
+
-
х,х2
-
+
+
+
У
У\
Уг
Уз
У4
В результате эксперимента будут определены значения коэффициентов
(а0, ах и а2).
Дробнофакторный эксперимент позволяет дополнительно сократить
число опытов. Матрица планирования эксперимента может измениться,
коэффициент ап можно принять равным нулю и столбец ххх2 заменить на третий
фактор х3. В этом случае линейная модель будет определяться уравнением
у = а0 + аххх + а2х2 + а2х2.
Известны другие аналитические способы обработки экспериментальных
данных, и большинство из них требуют применения ЭВМ. Разработаны
программы, позволяющие реализовать практически любую расчетную схему.
Эти программы имеются в любом вычислительном центре (ВЦ)
машиностроительного предприятия. Необходимо лишь познакомиться с
имеющимися на ВЦ программами расчетов экспериментальных данных, с требова-
614
ниями к вводимой и выводимой информации и выбрать в качестве
пользователя наиболее подходящую программу для конкретных условий
проведения экспериментальных исследований.
Применение известных программ ЭВМ значительно упрощает процесс
обработки экспериментальных данных. Эмпирическими формулами
аналогичного типа приходится пользоваться при решении многих
технологических задач, а также при работе со справочной технической литературой, где
зафиксированы последние достижения науки и техники.
В технологии машиностроения большинство задач решают на базе
экспериментальных исследований и представленных пользователям в виде
эмпирических формул или, для наглядности, в виде графиков. Эмпирические
формулы стараются по возможности упростить и сделать удобными для
производственных условий расчета по ним заданных значений.
Математические результаты эксперимента
по определению сил резания
Ниже приведена обработка результатов экспериментальных
исследований способа зубошевингования цилиндрических зубчатых колес с
укороченной длиной хода стола станка.
В качестве факторов режима резания выбраны скорость резания V,
продольная подача S и длина рабочего хода стола станка L (эти элементы
определяют высоту микронеровностей обработанной поверхности). Целью
проведения исследований являлось определение режима резания,
обеспечивающего требуемую шероховатость поверхности зуба колеса при высокой
производительности и эффективности. Исследования способа
зубошевингования цилиндрических зубчатых колес с укороченной длиной хода стола
станка выполнялись с применением метода поиска вдоль перспективных
ветвей. Первоначально были определены уровни и интервалы варьирования
факторов (табл. 5.5, 5.6, 5.7).
На первом этапе задаемся моделью регрессии вида
у = b0 + b{x{ +b2x2+ Ьъхъ.
Поле математической обработки было получено уравнение регрессии
у = 0,72704 + 0,001932л;, + 0,000461 - 0,004724.
Коэффициент детерминации R2 = 0,0049. Расчетное значение критерия
Фишера F = 0,0261. Остаточная сумма квадратов составила RSS =
= 0,0000000000000026229.
Стандартная ошибка эксперимента Е = 0,3282749.
Так как коэффициент детерминации мал и F < 1, то модель неадекватна.
На втором этапе задаемся другой моделью регрессии вида:
* * *
i=i i=i i=i
615
Таблица 5.5
Фактор
V—скорость
резания, м/мин
S — продольная
подача, мм/мин
L — длина
рабочего стола, мм
Уровень варьирования
+ 1,682
59,6
109
10
верхний
49,5
90
8
основной
39,8
71
6
нижний
29,9
52
4
-1,682
20
33
2
Интервал
варьирования
9,9
19
2
Таблица 5.6
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Порядок
реализации
7
2
8
3
1
4
5
6
Код
X
+
+
+
+
+
+
+
+
X
-
+
-
+
-
+
-
+
X
-
-
+
+
-
-
+
+
X
-
-
-
-
+
-
+
+
XX
+
-
-
+
+
-
-
+
XX
+
-
+
-
-
+
-
+
XX
+
+
-
-
-
-
+
+
XXX
-
+
+
-
+
-
-
+
Ra
0,65
1,16
1,06
0,94
0,54
0,65
0,58
0,86
Таблица 5.7
Содержание
плана
№
опыта
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Код
X
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
X
0
0
0
0
0
0
+ 1,682
-1,682
0
0
0
0
X
0
0
0
0
0
0
0
0
+ 1,682
-1,682
0
0
X
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1,682
-1,682
X
0
0
0
0
0
0
2,829
2,829
0
0
0
0
X
0
0
0
0
0
0
0
0
2,829
2,829
0
0
X
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2,829
2,829
Ra
0,490
0,520
0,537
0,412
0,500
0,450
0,185
1,218
1,150
1,300
0,950
1,180
После математической обработки было получено уравнение регрессии
у = 0,59048 - 0,086652*, - 0,054363;с2 - 0,05744664д:з -
- 0,000298xiJc2 + 0,00023*2*3 + 0,001379*? + 0,00046*2 + 0,0427*^
Коэффициент детерминации R2 = 0,7313. Расчетное значение критерия
Фишера F = 3,743. Стандартная ошибка эксперимента Е = 0,2067123.
616
Так как коэффициент детерминации недостаточно высок, переходим к
дальнейшему поиску наилучшей регрессии по сравнению с предыдущим
уравнением регрессии; рассмотрим уравнение регрессии с восемью
переменными:
у - Ь0 + ЬХХХ + Ь2Х2 + Ь3Х3 + ЬпХхХ2 + Ьх jJCj2 + Ь22х\ + ^33*3 •
После обработки было получено уравнение регрессии
у = 0,6648065 - 0,107799xj - 0,06483л:2 - 0,55811 5jc3 +
+ 0,001379*1 + 0,00046л| + 0,042756л|
Коэффициент детерминации R2 = 0,7165. Расчетное значение критерия
Фишера F= 5,4762.
По сравнению с предыдущим уравнением коэффициент детерминации
уменьшился, поэтому рассмотрим уравнение полинома с 10 переменными вида
у = b0 + bxxx + b2x2 + b3x3 + l\2xxx2 + bl3x{x3 + Ъ2Ъх2хъ + bx jjej2 + 622*2 + ^зз^з •
После математической обработки было получено уравнение
у = 0,5907 - 0,086737л-, - 0,05436л:2 - 0,574966л-3 - 0,00029л-,л:2 +
+ 0,000013л-,л-2 + 0,00023л-2л-3 + 0,001379л:2 + 0,00046л:2 + 0,0042756л-2,
у которого коэффициент детерминации R2 = 0,7313, а значение критерия
Фишера F = 3,0247, причем стандартная ошибка эксперимента L =
= 0,2157528. Полученная модель не удовлетворяет условиям, т. е. в
отыскании подходящего подмножества с большим значением R, так как все
возможные варианты уравнений регрессии вида
y = b0+Y,bixi+Hbvxv
(=1 (=1
исчерпаны. Поэтому переходим к оптимизации с применением уравнений
полинома показательной функции вида
у = Ь0+Ь^+ал+азХ\
гдеХ=(К-39,78)2;Х=(5-71,11)2;Х=(1-6,361)2.
После оптимизации получили следующее уравнение
у = о,41155055-0,032130730'0748(K"39'I)2+0'0025(5_7I'1I)2+0'2208I4(I"6'36)2.
Индекс корреляции /= 0,9013. Среднее квадратичное отклонение 8 = 0,142.
Продолжая оптимизировать, принимаем значения X = V - 39,779; X =
= S- 71,118; Х= 1-6,31.
После оптимизации получаем следующее уравнение
у = 0,4080 + 0,05034927 е0,0065(Г-39,8)*+0,0189(*-71)*+0,156(1-6)* _
617
Индекс корреляции / = 0,8484. Среднее квадратичное отклонение 8 =
= 0,1816.
Эти значения / и 8 хуже, чем в предыдущем уравнении.
Следующим этапом будет изменение параметров факторов таким
образом, чтобы приблизить эти значения к оптимальным. Принимаем
следующие значения измененных значений факторов: X = V - 39,779; X = S -
-71,118;Х = 1-6,31.
После оптимизации получаем следующее уравнение:
v = 0 4484 + 0 032120,007474(,/_39'779)2+0'002I48(5_7I'1I8)2+0'2216(I"6,3)2
Коэффициент корреляции / = 0,9101. Среднее квадратичное отклонение
составило 8 = 0,136. Остаточная сумма квадратов равна 0,0000000.
Таким образом, оптимальный режим резания определяется при
следующих значениях факторов: V= 39,779 м/мин; 5 = 71,118 мм/мин; L = 6,31 мм.
Математическая обработка результатов экспериментальных
исследований силовых характеристик зубошевингования цилиндрических зубчатых
колес представлена в табл. 5.8-5.14.
В качестве факторов режима резания, влияющих на силовые
характеристики при зубошевинговании, являются скорость резания V м/мин,
скорость продольной подачи S мм/мин и длина рабочего хода стола
станка/,.
Таблица 5.8
Фактор
V— скорость резания, м/мин
S — продольная подача, мм/мин
L — длина рабочего стола, мм
Уровень варьирования
верхний
49,7
90
8
основной
39,8
71
6
нижний
29,9
52
4
Интервал
варьирования
9,9
19
3
Таблица 5.9
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Порядок
реализации
7
2
8
3
1
4
5
6
Код
ха
+
+
+
+
+
+
+
+
Х\
-
+
-
+
-
+
-
+
Х2
-
-
+
+
-
-
+
+
хз
-
-
-
-
+
+
+
+
Х\Х2
+
-
-
+
+
-
-
+
Х\Х3
+
-
+
-
-
+
-
+
Х2Х3
+
+
-
-
-
-
+
+
X 1*2*3
-
+
+
-
+
-
-
+
Рх
0,706
0,764
1,421
0,637
0,951
0,666
1,343
0,784
618
Таблица 5.10
Содержание
плана
Опыты
в центре
плана
№
опыта
9
10
11
12
13
14
Код
*0
+
+
+
+
+
+
*1
0
0
0
0
0
0
Х2
0
0
0
0
0
0
хз
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
Рх
0,754
0,720
0,659
0,835
0,732
0,948
Таблица 5.11
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Порядок
реализации
7
2
8
3
1
4
5
6
Код
ха
+
+
+
+
+
+
+
+
Х\
-
+
-
+
-
+
-
+
Х2
-
-
+
+
-
-
+
+
хз
-
-
-
-
+
+
+
+
Х{Х2
+
-
-
+
+
-
-
+
Х\Х3
+
-
+
-
-
+
-
+
Х2Хз
+
+
-
-
-
-
+
+
X1X2X3
-
+
+
-
+
-
-
+
Л
0,637
1,029
0,981
0,931
0,785
0,735
0,589
1,029
Таблица 5.12
Содержание
плана
Опыты в
центре
плана
№
опыта
9
10
11
12
13
14
Код
ха
+
+
+
+
+
+
Х\
0
0
0
0
0
0
Х2
0
0
0
0
0
0
хз
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
Л
0,849
0,931
0,896
0,798
0,954
0,984
Таблица 5.13
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Порядок
реализации
7
2
8
3
1
4
5
6
Код
ха
+
+
+
+
+
+
+
+
Х\
-
+
-
+
-
+
-
+
Х2
-
-
+
+
-
-
+
+
хз
-
-
-
-
+
+
+
+
Х\Х2
+
-
-
+
+
-
-
+
Х\Х3
+
-
+
-
-
+
-
+
Х2Х3
+
+
-
-
-
-
+
+
X1X2X3
-
+
+
-
+
-
-
+
Ру
0,157
0,617
0,372
0,519
0,196
0,804
0,294
0,666
619
Таблица 5.14
Содержание
плана
Опыты
в центре
плана
№
опыта
9
10
11
12
13
14
Код
хо
+
+
+
+
+
+
Х\
0
0
0
0
0
0
Х2
0
0
0
0
0
0
хз
0
0
0
0
0
0
2
Х\
0
0
0
0
0
0
2
Х2
0
0
0
0
0
0
xl
0
0
0
0
0
0
Ру
0,525
0,493
0,349
0,594
0,394
0,421
Реализация плана и статическая обработка результатов опытов на ЭВМ
позволила получить следующие уравнения:
Л = 0,175 + 0,09078К+ 0,0025465-0,076931;
0,004788^+0,000107725+0,00458361.
Р^ =-3,81867 + 3,4115е
-0,00674k +0,001735+0,020221
Pz=2,193-l,7345e
Эти уравнения позволяют рассчитать составляющие сил резания и
определить направление результирующей силы резания.
5.2.4. Пути повышения технологических возможностей
Анализ силовых характеристик
В процессе шевингования необходимо достичь равномерного съема
металла, стабильной геометрии образуемого рельефа, высокого качества
обрабатываемых поверхностей и выравнивания глубины наклепанного слоя.
Характер изменения усилий в станочном зацеплении зависит от выбранного
метода шевингования. К числу наиболее распространенных следует отнести
беззазорное шевингование с продольной, диагональной или укороченной
длиной хода стола станка. Общность этих методов состоит в том, что
обрабатываемая поверхность образуется при двухпараметрическом огибании с
теоретически точечным контактом взаимодействующих поверхностей
зубьев колеса и шевера. Эта особенность формообразования поверхностей
обуславливает и специфические недостатки. В частности, в силу точечного
контакта в зоне резания возникают высокие удельные нагрузки, вызывающие
увеличение остаточных напряжений в поверхностном слое обрабатываемых
зубьев и снижающие стойкость инструмента. Кроме того, для достижения
высокой точности и качества обрабатываемых поверхностей требуется
подбор определенного соотношения параметров огибания, обеспечивающих
минимальное отклонение образуемой поверхности от теоретической.
Для способа шевингования с укороченной длиной хода стола
характерен квазилинейный контакт поверхностей зубьев инструмента и колеса в
620
станочном зацеплении. Такой характер контакта
позволяет уменьшить значение кинематических
параметров огибания и, в частности, уменьшить
величину продольной подачи.
Удельная нагрузка в зоне контакта
существенно снижается, число одновременно режущих
кромок увеличивается, что приводит к повышению
качества обрабатываемой поверхности и
увеличению стойкости шевера. Оценку этого способа
шевингования можно сделать на основе
сравнительного анализа изменения силовых параметров
обработки при различных схемах шевингования.
Исследование усилий проводится по трем
ортогональным направлениям, т. е. определяются
составляющие главного вектора усилия
взаимодействия поверхностей зубьев шевера и колеса Рх, Ру и
Р2 (рис. 5.17 и 5.18). Составляющая Рх параллельна
оси вращения колеса, а Ру и Р2 действуют,
соответственно, в тангенциальном и радиальном
направлениях.
Модуль главного вектора усилия контакта, на-
Рис. 5.17. Составляющие
силы резания при
шевинговании цилиндрических
зубчатых колес
правленного по общей нормали касающихся поверхностей, определяется по
формуле Р - у р£ + Р^ + Р*. Этим усилием обусловливается внедрение
режущих элементов в обрабатываемые зубья, а следовательно, величина
снимаемого припуска и глубина наклепанного слоя.
Энергетическим показателем эффективности шевингования следует
считать отношение мощности сил резания к затрачиваемой энергии за один
цикл обработки колеса. Это отношение можно считать механическим КПД
процесса обработки. Если пренебречь изменением сил резания и скорости
относительного движения при пересопряжении зубьев, то КПД можно
упрощенно определить, ограничиваясь значениями усилий и скоростей в
полюсе зацепления. В этом случае, зная значения Р и Vom в полюсе на каждом
двойном ходу подачи, общий КПД за весь период
обработки определяется по формуле
1 п=к у
k*-* PV '
К и=1 -S/o
где к — число двойных ходов подачи; Р0 — окруж-
„ „ „„ „ ное усилие на начальном цилиндре шевера; V0 —
Рис. 5.18. Силы реза-
окружная скорость начального цилиндра шевера.
ния при шевинговании rJ r r r
цилиндрических зубча- Силои Резания и?и шевинговании следует счи-
тых колес тать пРоекЦию осевой составляющей Рх, усилие
621
контакта — на направление
относительной скорости К,™ (рис. 5.19).
Учитывая, что в полюсе
станочного зацепления вектор направлен
вдоль линии зацепления зуба на
начальном цилиндре d, усилие
резания в полюсе будет
P = Pxcosfiw,
где pw — угол наклона линии зуба
на начальном цилиндре.
Величина относительной
скорости в полюсе находится по
формуле
V =у-^-
°™ " ° cosPw'
Окружное усилие на
начальном цилиндре
Р0 = Pcos<xw = y]p?+P?+P?cosaw,
где aw — угол зацепления при шевинговании.
Таким образом, общий КПД за весь период обработки можно
определить по формуле:
ц^1"урМ sinS
*£| Pcosaw'
Исследования влияния режимов резания на составляющие сил резания
проводились с шириной зубчатого венца В = 25 мм и облегающими шевера-
ми с шириной зубчатого венца В = 42 мм. Измерения составляющих сил
резания осуществляли тремя способами шевингования: параллельным и
диагональным, применяемыми в базовом производстве для узких шеверов, и
шевингованием с укороченной длиной хода стола станка для облегающих
шеверов. Все они имели схему расположения стружечных канавок на
боковой поверхности зуба нормально к оси шевера. Применялась охлаждающая
жидкость МР5. Результаты опытов влияния режимов на составляющие сил
резания (рис. 5.20) показывают, что изменение скорости резания и скорости
продольных подач в исследованных пределах оказывает влияние на
составляющие сил резания независимо от способа шевингования, используемого
для обработки цилиндрических зубчатых колес.
При изменении скорости резания и скорости продольных подач
изменяются условия взаимодействия поверхностей инструмента и обрабаты-
Рис. 5.19. Схема относительного
взаимодействия поверхностей зубьев шевера и
заготовки
622
S=71 мм/мин; L=4 мм; C/=10(6p.x+4x.x)
P, кН
1,766 | 1 у=15°
8^42 мм
Шевер
после
обработки
2000 шт.
т=3,5
z=22
а =20°
Р=24°40'15"
правое
S=71 мм/мин; /.=21 мм; С/=10(6р.х+4х.х)
Р, кН
1,766 i |у=15°
8^25 мм
Шевер
после
обработки
1400 шт.
т=3,5
z=22
а=20°
Р=24°40'15"
правое
49,7 V, м/мин
S=71 мм/мин; /.=34 мм; С/=10(6р.х+4х.х)
Р, кН
1,766
у=15°
8^25 мм
Шевер
после
обработки
1400 шт.
т=3,5
z=22
а =20°
Р=24°40'15"
правое
49,7 V, м/мин
29,9
39,8 49,7 V, м/мин
в)
Рис. 5.20. Зависимость
составляющих сил резания от скоростей
резания, подачи и длины рабочего хода
стола станка при шевинговании с
укороченной длиной хода (а), при
диагональном шевинговании (б) и
при параллельном шевинговании (в)
ваемого колеса (форма и размеры зуба обрабатываемого колеса в процессе
обработки непрерывно изменяются). В процессе обкаточного движения
изменяются условия контакта взаимодействующих поверхностей, в результате
чего меняются составляющие сил резания.
При сближении осей шевера и колеса за счет радиальной подачи между
поверхностями зубьев шевера и колеса образуется пятно контакта (зона
резания). Параметры пятна ограничены рабочей частью режущих кромок,
взаимодействующих с обрабатываемой поверхностью в определенный
момент обкаточного движения. Осевая и радиальная составляющая усилия
резания определяют процесс стружкообразования. Относительное смещение
623
шевера и обрабатываемого колеса обеспечивает после каждого оборота
колеса контакт режущих кромок с еще необработанной поверхностью.
Увеличение скорости относительного смещения шевера и обрабатываемого колеса
создает условия, при которых нагружение и разгрузка режущих кромок
стружечных канавок происходят быстрее, в результате чего съем металла
уменьшается.
Изменение условий оказывает влияние на качественные характеристики
составляющих сил резания. Тангенциальная составляющая усилия резания
увеличивается с возрастанием осевой составляющей усилия резания.
Исследование проводилось тремя способами шевингования: параллельным,
диагональным и с укороченной длиной хода стола станка.
Число рабочих ходов (р.х.), в процессе которых осуществлялась подача
на глубину, определяется, главным образом, величиной снимаемого
припуска. За рабочими ходами следуют чистовые холостые ходы (х.х.), в процессе
которых подача на глубину не производится, но они необходимы для
снижения шероховатости поверхности (сглаживающего эффекта).
При постоянной величине припуска путем деления шагов подачи на
глубину можно изменять величину максимального радиального усилия.
Радиальные усилия по шагам подачи (при параллельном, диагональном
шевинговании и с укороченной длиной хода стола станка) изменяются
неравномерно в процессе обработки стандартной конструкции шеверами с
шириной зубчатого венца В = 25 мм после обработки 1400 деталей и шеверами с
шириной зубчатого венца В = 42 мм для шевингования с укороченной
длиной хода стола станка после обработки 2000 деталей. Максимальное
радиальное усилие наблюдалось на первом рабочем ходе, затем его величина
уменьшалась на следующих ходах или возрастала в зависимости от
исследуемого хода шевингования.
При параллельном шевинговании радиальное усилие постепенно
возрастает до последнего рабочего хода, а затем уменьшается на чистовых
ходах. Осевое усилие резания имеет тенденцию изменения аналогично
радиальному усилию. Это объясняется тем, что срединные режущие кромки
нагружены больше, чем кромки, расположенные ближе к торцам (имеют
большой износ).
В процессе обработки при каждом отдельном ходе при заданной
величине подачи происходят изменения на глубину вместе с остаточным
усилием от предыдущего цикла подачи, определяя начальное усилие данного
цикла. Поэтому при каждом отдельном ходе при заданной величине подачи
происходит изменение усилий резания в зависимости от состояния режущих
кромок и применяемого способа шевингования. Максимальное значение
радиальное усилие имеет на первом рабочем ходе, а затем оно уменьшается
при каждом следующем ходе подачи. При способе шевингования с
укороченной длиной хода стола распределение составляющих сил резания
аналогично диагональному шевингованию. Тангенциальная составляющая усилия
резания при всех исследуемых способах практически одинаковая.
624
Исследование составляющих сил резания при шевинговании с
укороченной длиной стола острым и затупленным после обработки 2000 деталей
шеверами при различных значениях длины рабочего хода стола, скоростей
резания и продольных подач позволило определить характер распределения
усилий по ходам и влияние параметров режимов резания на величину
усилий. При шевинговании цилиндрических зубчатых колес с укороченной
длиной хода стола станка наблюдается равномерное распределение усилий
резания по всем составляющим у острого шевера, причем максимальные
значения, как и при параллельном и диагональном способах шевингования,
достигаются при первом начальном ходе подачи; на последующих ходах
они уменьшаются и выравниваются на чистовых ходах. Наиболее
характерно такое распределение усилий по ходам для острого шевера, при этом Рх, Ру
и Pz на последующих ходах практически одинаковы. После обработки 2000
деталей радиальные и осевые усилия возрастают, что можно объяснить
износом режущих кромок стружечных канавок шевера и увеличением
пластических деформаций.
Анализ процесса стружкообразования
Процесс стружкообразования характеризуется срезанием очень тонких
стружек и значительными пластическими деформациями поверхностных
слоев металла в зоне обработки. Выбор оптимальных режимов резания
позволяет обеспечить активный съем металла с боковых поверхностей зубьев,
исправлять исходную погрешность геометрических параметров зубьев колес
после предварительной обработки.
Резание возникает в результате относительного скольжения зубьев
шевера и колеса, расположенных под определенным углом скрещивания их
осей и продольно перемещающихся. Режущая кромка зубчика шевера
движется по траектории боковой поверхности зуба зубчатого колеса.
Траектория результирующего рабочего движения этой кромки складывается из
движения вдоль зуба и движения по высоте профиля зуба (рис. 5.21-5.24).
На противоположной стороне режущая кромка зубчика шевера после
соприкосновения сначала с ножкой зуба, а затем с его головкой завершает
резание. В случае обычного диагонального
шевингования, если нет продольного перемещения
зубчатого колеса, образуется лишь след от резания. По
такой схеме осуществляется съем стружки при
параллельном и диагональном шевинговании.
Шевингование выполнялось двумя методами:
встречным и попутным. Резание производится в
результате скольжения режущей кромки зубчика
шевера в направлении линии пресечения боковой по- рис# 5.21. Траектория
верхности зуба с его начальной окружностью. При движения шевера и
диагональном шевинговании врезание каждой от- заготовки
625
Зубчатое
колесо
Направление
подачи
Зубчатое
колесо
Зуб шевера
Зуб шевера
Контактная
зона
Рис. 5.22. Контактная зона при зубошевинговании с диагональной подачей
дельной режущей кромки зубчика и съем стружки с боковой поверхности
зуба неодинаков. Это объясняется тем, что рабочая режущая кромка
находится ниже других. Если обрабатываемое зубчатое колесо совершает
несколько поворотов, то режущая кромка войдет в обрабатываемую
поверхность на заданную глубину резания.
При встречном шевинговании режущие кромки зубчиков стружечных
канавок срезают металл, оставляя на зубе колеса следы резов 1, 2 и 3 в
направлении от обработанной поверхности к необработанной (рис. 5.25-5.27).
В начале резания перед режущей кромкой стружечной канавки зубчика в
результате пластической деформации образуется нарост металла 5, основная
масса которого потом срезается зубчиком шевера 3. Незначительная часть
металла вдавливается задней поверхностью зубчика 4, создавая наклеп на
поверхности обрабатываемого колеса и уменьшая его шероховатость.
Попутное шевингование осуществляется в направлении необработанной
поверхности (см. рис. 5.27), оставляя на профиле зуба следы резов 1, 2, 3.
При этом режущий зубчик 4
срезает стружку. Для
внедрения режущего зубчика в ^r\—:Г*>*. ^ч. Зуб шевера
металл необходимо значи- /"ПгЛге^Ягb ч \/
Зубчатое
колесо
Рис. 5.23. Боковая
поверхность зуба, частично
подвергнутая шевингованию
Боковая поверхность
зубчатого колеса
Режущая кромка
стружечной канавки
Рис. 5.24. Перемещение режущей кромки
относительно поверхности зуба
626
Зубчатое колесо
Рис. 5.25. Образование стружки при встречном шевинговании:
1,2,3 — следы резцов; 4 — зуб шевера; 5 — металл
Рис. 5.26. Образование стружки при попутном шевинговании:
1,2,3 — следы резцов; 4 — зуб шевера
тельно большее усилие, чем при встречном шевинговании, что приводит к
снижению точности обработки и увеличению шероховатости
обрабатываемой поверхности (рис. 5.28). Характер стружки и обработанной
поверхности, полученных шевингованием с попутной и встречной подачами,
отличны друг от друга. Сравнение обработанных поверхностей показывает, что
при встречной подаче величина параметра шероховатости поверхности Ra
составляет 0,85 мкм, а при попутной подаче — 0,9 мкм.
Таким образом, на качество обработанной поверхности оказывает
влияние метод обработки и состояние режущих кромок, как и длина рабочего
хода стола станка. Чем она меньше, тем выше микронеровности
обработанной поверхности зуба.
Процесс шевингования состоит из определенного количества рабочих и
холостых ходов со сменой направления вращения шевера. Движение
скольжения в направлении длины зуба для заданных геометрических
соотношений шевера и обрабатываемого колеса зависит только от направления
вращения, так как при его изменении меняются и режущие кромки,
осуществляющие съем металла. Резание одной кромкой заканчивается, и в работу
вступает другая (той же стружечной канавки шевера), параллельная первой.
При выборе длины рабочего хода стола станка необходимо учитывать
шаг стружечных канавок, расположенных на боковой поверхности зуба, так
как зуб шевера имеет вогнутость по своей длине.
Использование электроэрозионного метода
Примером эффективного применения электроэрозионной обработки
является изготовление шеверов, стружечные канавки которых обычно выпол-
627
Рис. 5.27. Последовательность обработки режущими
кромками зубчиков стружечных канавок шевера
боковой поверхности зуба:
У—4 — следы резцов; Г—5' — режущие зубчики
няют долбяками-гребен-
ками. Образуемый ими
профиль режущих зубьев
и впадин между ними не
имеет оптимальной
геометрии; фактически
форма стружечной канавки
отражает геометрию дол-
бяка. Повысить
показатели качества обработки и
стойкость шеверов
можно благодаря
рациональной геометрии режущих кромок и их расположению на боковых
поверхностях зубьев. Это достигается путем электроэрозионной обработки.
Стружечные канавки, формируемые на боковых сторонах зубьев методом
прямого копирования фасонным электродом-инструментом, увеличивают
стойкость шевера более чем в 2 раза. Повысить качество обработки удается
и изменением расположения режущих кромок относительно торцов шевера.
В зависимости от технологических требований стружечные канавки
могут быть расположены на рабочих поверхностях шеверов по-разному. Для
повышения качества обработки и стойкости шеверов стружечные канавки
зуба шевера (рис. 5.29) могут быть разделены канавкой 3 на части 2 и 4.
Разделительная канавка располагается на головке зуба, т. е. в наиболее
нагруженной части шевера (рис. 5.29, а), причем на следующем зубе канавка
может быть смещена на величину Ah (рис. 5.29, б) или изменена по ширине.
Для облегчения условий схода стружки на головке зуба стружечные
канавки выполняют со смещением т относительно стружечных канавок на его
ножке (рис. 5.29, в) или с разным шагом Ъ\ на головке и Ь2 на ножке
(рис. 5.29, г). Разделительная канавка обеспечивает дополнительное
проникновение СОЖ в наиболее нагруженную область зоны резания. Это
улучшает условия охлаждения режущих кромок и удаления стружки, так
как предотвращается ее накопление и последующее налипание на режущие
кромки зуба, что способствует повышению качества обработки и
долговечности шевера.
|о ооооооооооооооооооооо оо ооооо
|о оо ооо ооо оо оооооооооооооооооо
б)
Рис. 5.28. Профилограммы поверхности при встречной (а) и попутной
подачах (б)
628
4
3-
1-й зуб
■
а) б) в)
Рис. 5.29. Шевер с прямыми канавками:
1 — корпус шевера; 2, 4 — две части зуба шевера; 3 — канавка
На рис. 5.30 представлен вариант наклонного расположения
стружечных канавок. На боковой поверхности профиля зуба шевера 7,
располагается прямая 2 и наклоненные стружечные канавки 3, выполненные
веерообразно (рис. 5.30, а). Центр образования веера 4 лежит на линии, проходящей
через прямую стружечную канавку. На линии делительного цилиндра
стружечные канавки выполнялись с постоянным шагом 5.
Как видно из рисунка 5.30, б, стружечные канавки 3 на боковых
сторонах 6 и 7 зуба шевера 7, выполнены веером, расходящимся от головки к
ножке на обеих сторонах зуба. В условиях, когда необходимо осуществить
обработку без реверса, шевер имеет стружечные канавки 3 на боковой
стороне 8 зуба 7, расположенные веером, расходящимся от головки к ножке
ШШ^;
э<р™
г)
Рис. 5.30. Варианты конструкции шевера с наклонными канавками:
1 — зуб шевера; 2 — прямая стружечная канавка; 3, 10 — наклонная
стружечная канавка; 4— центр образования веера; 5 — шаг канавки; 6-9,11,12 —
стороны зуба шевера
629
зуба, а на другой стороне 9, стружечные канавки 10 (также расположенные
веером и с тем же углом), расходящимися от ножки к головке зуба (рис 5.30, в).
При осуществлении процесса шевингования в пределах одного цикла
(с реверсом или без реверса) на боковых сторонах 77 и 72 зуба 7
стружечные канавки 3 и 70 на разных половинах боковой поверхности
профиля зуба располагались веером расходящимся от ножки к головке зуба
(рис 5.30, в, г).
Различный наклон стружечных канавок в пределах одной стороны зуба
шевера позволяет обеспечить благоприятные условия резания на головке
зуба в любом направлении. Данная схема позволяет также обрабатывать
зубья секторов, путем поворота инструмента на угол, соответствующий
обрабатываемому сектору. Противоположное расположение вееров стружечных
канавок на правой и левой сторонах зуба шевера позволяет обеспечить
равные условия резания на ведущих сторонах зубьев колеса. При обработке
зубчатых колес с малым числом зубьев целесообразно располагать
стружечные канавки, расходящимися от головки к ножке зуба, а на другой половине
боковой поверхности профиля зуба, расходящимися от ножки к головке зуба.
В начальный момент резания режущих кромок, например, левой
половины веера шевера, в боковую поверхность профиля зуба колеса
одновременно несколько режущих кромок вступают в работу, перекрывая друг
друга. В процессе обработки постепенно увеличивается площадь контакта
зубьев и число режущих кромок, компенсируя этим отрицательное влияние
неравных контактных напряжений вызывающих перекос осей шевера и
обрабатываемого колеса.
Плавное врезание режущих кромок стружечных канавок значительно
уменьшают перекос осей шевера и колеса и повышение качества обработки.
При необходимости шевингования за один цикл обработки (с реверсом
или без него) стружечные канавки с одной стороны зуба могут быть
расположены веером, расходящимся от головки к ножке, или наоборот, от ножки
к головке. Такое расположение канавок, обеспечивает постоянство угла
между вектором относительной скорости и направлением режущей кромки.
Противоположное веерное расположение стружечных канавок на правой и
левой сторонах зуба шевера, а также острота и твердость режущих кромок
позволяют стабилизировать качественные показатели шевингования.
Плавное врезание режущих кромок значительно уменьшает перекос осей шевера
и обрабатываемого колеса, что повышает точность обработки.
Изготовление рассмотренных конструкций шеверов в большинстве
случаев возможно лишь с помощью электроэрозионной обработки. Малые
размеры стружечных канавок, повышенные требования к точности их профиля,
необходимость обеспечения высокой микротвердости поверхностного слоя
при сложном расположении канавок на шевере требуют выявления
эффективных режимов электроэрозионной обработки, выбора наиболее
целесообразного состава рабочей жидкости, разработки конструкции электрода-
инструмента и др. Для изготовления рабочей части электрода-инструмента
630
Н„, МПа
5000
4000
3000
2000
мкм
Рис. 5.31. Изменение
микротвердости #„ по глубине
х поверхностного слоя
заготовок после
электроэрозионной обработки на
режимах 1 и 2
применяют материалы, обеспечивающие его
уменьшенный износ, например медь, вольфрамо-мед-
ную и другие композиции.
Размеры режущих зубьев шевера требуют
использования мягких режимов, на которых
микротвердость обрабатываемой поверхности
повышается благодаря микротермообработке и
насыщению химическими элементами, входящими в
состав рабочей жидкости, а не путем переноса
материала электрода-инструмента. В качестве
рабочей жидкости целесообразно использовать
керосин; при этом микротвердость составляет
6500...7500 МПа.
Исследования свойств поверхности,
подвергнутой электроэрозионной обработке при энергии
импульса 6 • 10~3 Дж на режиме 1 (ток короткого
замыкания /кз = 2,6 А; емкость конденсатора С = 2 мкФ) и на режиме 2 (7к.з =
= 0,45 А; С= 0,35 мкФ) показали, что на поверхности заготовок из стали Р18
белый слой располагается отдельными пятнами, максимальная глубина
которых 20...25 мкм при обработке на режиме 1 и около 10 мкм при обработке
на режиме 2. Глубина упрочненного слоя составила 40 и 20 мкм на режимах
1 и 2 соответственно. На обоих режимах наибольшая микротвердость была
на поверхности (5500 МПа); разброс значений микротвердости достигал
1000 МПа (рис. 5.31).
Электроэрозионная обработка позволяет получить стружечную канавку
с поднутрением боковых сторон, что уменьшает угол заострения режущих
кромок и облегчает процесс резания. Для этого специальный электрод-
инструмент имеет рабочий участок, ширина которого меньше глубины
стружечной канавки. После того как электрод-инструмент при
вертикальном перемещении внедрится в зуб шевера на глубину рабочего участка,
осуществляют его горизонтальное перемещение. По мере углубления
электрода-инструмента в металл постепенно повышают напряжение, подаваемое
на электрод-инструмент и шевер от генератора импульсов, что увеличивает
межэлектродный зазор и формирует поднутрение в стружечной канавке.
Проведенные исследования показывают целесообразность
использования методов электроэрозионной обработки при изготовлении инструмента.
Перспективы развития процессов обработки
Цель экспериментальных исследований заключается в повышении
качества обработки. Как известно, шевер изготавливается для обработки
определенного зубчатого зацепления, поэтому необходимо определить те условия
резания, при которых будет получено высокое качество зацепления.
Определяют диапазон скоростей резания, продольных подач и длин рабочего хо-
631
да стола станка, при которых можно ожидать получение высокого качества
зацеплений.
Как уже отмечалось, производительность обработки зависит от длины
рабочего хода стола станка. Качество обработки зубчатого зацепления
определяется тремя факторами: скоростью резания, продольной подачей стола и
длиной его рабочего хода. При уменьшении длины рабочего хода стола
станка производительность обработки возрастает, при этом качество
обработки ухудшается. Так, при параллельном методе точность обработки
снижается, а при диагональном и тангенциальном методах шевингования с
диагональными углами 40...90° на зубьях колеса наблюдаются необработанные
участки поверхности. Поэтому возникает необходимость применения
специального шевера со смещенными стружечными канавками на боковых
поверхностях профиля зубьев, исключающего их появление. Применение ше-
веров с вогнутыми с обеих сторон профилями зубьев и шириной венца
большей ширины обрабатываемого колеса на серийных зубошевинговаль-
ных станках позволило использовать свойства врезного шевингования при
традиционном диагональном зубошевинговании. Вогнутая форма боковых
поверхностей зубьев шевера обеспечила их линейный контакт с зубьями
шевингуемого колеса по всей их длине. В то же время шеверы обычной
стандартной конструкции, имеющие выпуклую форму профилей,
обеспечивают только точечный контакт с профилями зубьев шевингуемого колеса.
Зависимость качества обработки зубчатого зацепления устанавливалась
экспериментально от скорости резания, продольной подачи стола и длины
его рабочего хода.
Экспериментальные исследования велись с целью определения
наилучшего качества и точности обработанной поверхности зубьев.
Проведенные исследования позволили раскрыть новые технологические возможности
метода шевингования, повысить качество и производительность обработки
используя серийное оборудование и технологическую оснастку. При этом
были определены оптимальный диапазон скоростей резания, продольных
подач и длин рабочего хода стола.
С удовлетворением можно отметить, что шевингование зубчатых колес
с укороченной длиной хода стола станка (метод разработан в России)
способно успешно конкурировать с самым производительным, но очень
сложным и дорогим врезным шевингованием.
Метод обработки поверхности определяется способами формирования
параметров ее качества в сочетании с производительностью,
соответствующей наименьшим затратам в конкретных условиях производства. Метод
обработки в значительной степени определяет содержание, длительность и
качественные показатели операции. Структура же операции
разрабатывается с учетом особенностей и характеристик методов обработки, положенных
в ее основу. Конструктивные, кинематические, динамические и другие
параметры оборудования, приспособлений и инструмента должны
обеспечивать соответствующие характеристики.
632
Представленная в книге классификация методов обработки в полной
мере раскрывает их многообразие при обработке корпусов, валов, дисков,
зубьев колес, шлицев, резьб и др. Описаны способы воздействия как без
снятия материала, так со снятием его и при их сочетании.
Способ воздействия определяет производительность и формирование
параметров качества обрабатываемой поверхности и может быть
использован в различных режимах обработки. Каждый способ воздействия
характеризуется определенным диапазоном достижимой производительности
экономической целесообразности для конкретных условий производства.
Сочетание различных способов воздействия не только позволяет
наилучшим образом использовать каждый способ, но и выявить
дополнительные их преимущества. Не всегда замена одного способа на другой приводит
к желаемым результатам, часто решение сложных производственных задач
лежит на стыке или в сочетании разных способов.
По мере развития технологии машиностроения следует ожидать
дальнейшего увеличения способов воздействия, их сочетаний и комбинаций.
Разработка новых и комплексное совершенствование существующих
методов обработки и способов воздействия на обрабатываемый материал
является важнейшим направлением в развитии технологии машиностроения.
■ 5.3. Технико-экономический анализ вариантов
технологических процессов
Производительность труда является одним из важнейших показателей
технологического процесса производства изделий. Труд — это процесс
сознательной целесообразной деятельности людей, связанный с получением
определенного результата (продукта труда).
Процесс труда включает в себя предмет труда, средства труда и
рабочую силу. Например, предметом труда для изготовления машины будет
металл. Предмет труда, образующий материальную основу машины, называют
основным материалом, а способствующий самому труду —
вспомогательным.
Средства труда — совокупность всех вещественных элементов,
которые человек использует для воздействия на предмет труда.
К средствам труда относятся орудия труда, т. е. технологическое
оборудование, а также средства транспортирования, контроля и, наконец, сами
производственные помещения, в которых изготавливаются изделия.
Средства производства — совокупность средств и предметов труда.
Рабочая сила — главный элемент трудового процесса, который
используя средства производства, создает продукт труда (изделие). Единство
средств производства и рабочей силы представляет собой производственные
силы общества.
633
Производительность труда — показатель
;===- эффективности производства, который
выражается количеством изделий, выпущенных за
определенный промежуток времени и отнесенных
^ к трудовым затратам, необходимых для их изго-
wo6 товления.
Рис. 5.32. Зависимость про- При заданном (конкретном) уровне техни-
изводительности от срока ки и технологии производительность труда
службы металлообрабатыва- имеет определенный предел (рис. 5.32).
ющего оборудования Повышение производительности
общественного труда является задачей сложной, но ее
решение возможно путем уменьшения затрат живого труда за счет
сокращения числа рабочих и автоматизации производственных процессов.
Создание автоматических линий, участков и цехов при неизменной
технологии приводит лишь к увеличению числа оборудования обслуживаемых
одним рабочим (оператором), но не дает значительной экономии живого
труда. Сложные и дорогостоящие автоматические системы требуют
большого числа квалифицированных наладчиков.
Уменьшение стоимости материалов, входящих в изделие, т. е.
уменьшение его материалоемкости, совершенствование технологии изготовления
изделия (обработки, сборки, контроля и т. д.) и резервы повышения
производительности — все это практически лежит в области технологического
процесса производства изделий.
Степень автоматизации осуществляется в зависимости от
экономической целесообразности путем применения автоматов и полуавтоматов,
автоматизации технологической системы автоматизированных и
автоматических линий или комплексной автоматизации производственных процессов
за счет создания автоматических участков и цехов.
Автомат — самоуправляющая рабочая машина, которая
самостоятельно совершает все необходимые ходы технологического цикла и нуждается
только в наладке и контроле процесса работы.
Полуавтоматы также работают в автоматическом цикле, но для его
возобновления требуется вмешательство человека. Чаще всего это цикл
загрузки и выгрузки заготовок.
Автоматическая линия — автоматически действующая система
металлообрабатывающего оборудования, расположенная в технологической
последовательности и объединенная общими средствами транспортирования,
управления, накопления заделов, удаления стружки и т. д.
В автоматизированной линии автоматизация транспортных
загрузочных, разгрузочных и других вспомогательных работ осуществляется как
автоматически, так и с использованием средств автоматизации или вручную.
Широкими возможностями обладают гибкие производственные модули
(ГПМ), объединение которых позволяет создать гибкие производственные
системы (ГПС). В отличие от жестких автоматических линий, ГПС можно
634
быстро перестраивать на выпуск широкого диапазона изделий, но
производительность обработки в данном случае снижается. Комплексная
автоматизация базируется на применение вычислительной техники, которая
управляет всем производственным процессом, начиная с получения и
складирования исходных заготовок и заканчивая упаковкой и складированием готовой
продукции.
Автоматические системы разработки новых технологических
процессов, анализа и реализации решений, управления всего производства
позволяют сократить сроки перехода на выпуск новых изделий при максимально
возможной производительности труда. Оптимизация управления
производственным циклом реализуется с помощью вычислительной техники, работа
которой невозможна без глубоких знаний связей и закономерностей,
возникающих в процессе производства изделий.
Только с помощью технико-экономического анализа можно оценить
целесообразность выбора необходимой степени автоматизации.
Каждая вновь изготавливаемая машина должна не только отвечать всем
требованиям ее назначения, но и отличаться от ранее выпущенных машин
меньшей себестоимостью. Для подсчета себестоимости машины, количества
станков, себестоимости отдельных сборочных единиц, деталей и операций,
необходимо уметь определять техническую норму времени на каждую
технологическую операцию, которая определяется на основании
технологического нормирования.
Технологической нормой называют регламентированное значение
показателя технологического процесса.
Технологическое нормирование — установление технически
обоснованных норм расхода производственных ресурсов. Под производственными
ресурсами следует понимать материалы, инструмент, энергию, рабочее
время и т. д.
Единица нормирования — количество производственных объектов или
число работающих, на которое устанавливается техническая норма. Под
технической нормой следует понимать количество деталей, на которое
устанавливается норма времени, количество изделий, на которое
устанавливается норма расхода материала или число рабочих, на которое
устанавливается норма выработки и т. д.
Норма выработки — регламентированный объем работы, который
должен быть выполнен в единицу времени в определенных огранизационно-
технических условиях одним или несколькими исполнителями
соответствующей квалификации.
Расценка — размер вознаграждения работнику за единицу объема
выполненной работы.
Тарифная сетка — шкала, определяющая соотношение оплаты труда за
единицу времени и квалификации труда с учетом вида работы и условий ее
выполнения.
Разряд работы — показатель, характеризующий квалификацию труда.
635
Техническая норма времени устанавливается в соответствии с
эксплуатационными возможностями оборудования, инструмента и других средств
производства, при условии применения методов работы, соответствующих
современным достижениям технологии.
При механизированных процессах производства норма времени в
значительной степени зависит от эксплуатационных возможностей
оборудования, которые характеризуются техническими нормами оборудования, т. е.
основными параметрами, определяющими его эксплуатационные свойства.
Эти параметры обычно указывают в паспорте оборудования. Например, для
металлорежущих станков — числа оборотов шпинделя, подачи, крутящие
моменты и т. д. В ряде случаев эксплуатационные возможности
оборудования могут быть повышены сравнительно с паспортными данными, однако
это повышение можно допускать только после выполнения проверочных
расчетов на прочность, износ вибрации и т. п.
Время и себестоимость выполнения операции являются основными
критериями, характеризующими целесообразность ее построения в условиях
заданной производственной программы.
Технически обоснованная норма времени необходима для выполнения
технологической операции в определенных организационно-технических
условиях, наиболее благоприятных для данного производства и применения
современных методов обработки. Технически обоснованная норма времени
устанавливается в соответствии с эксплуатационными возможностями
оборудования, технологической оснастки и других средств производства при
условии применения методов работы, соответствующих современным
достижениям техники и технологии производства.
Техническая норма, определяющая затраты времени на обработку
(сборку или другие работы), является основой для оплаты работы,
калькуляции стоимости детали и изделия, определения длительности
производственного цикла, расчета количества оборудования, его производительности,
расчета потребности инструмента, количества рабочих, времени
подготовки, календарного планирования производства, выявления возможности
организации многостаночного обслуживания и определения производственной
мощности участков и цехов. Следовательно, техническая норма служит
критерием выбора оптимальных вариантов технологического процесса
обработки и сборки изделий.
Задачами технического нормирования являются изыскание новых
источников повышения производительности труда, снижение стоимости
продукции.
Техническая норма выработки — величина, обратная норме времени,
выраженная количеством изделий в единицу времени.
Различают три метода нормирования:
• технически обоснованный расчет норм времени по нормативам;
• расчет норм на основе изучения затрат рабочего времени наблюдением;
• сравнение и расчет по укрупненным типовым нормам.
636
При первом методе время на операцию определяют рассчетным путем
по элементам и нормативам, представляющим собой нормированное время
работы по отдельным элементам.
Норму времени по второму методу устанавливают на основе изучения
затрат рабочего времени непосредственным наблюдением в
производственных условиях.
При третьем методе норму времени определяют по укрупненным
показателям и типовым нормам времени по отдельным видам работ. Этот метод
применяют при индивидуальном и мелкосерийном производстве.
Техническая норма времени устанавливается на каждую операцию
одной штуки или партии деталей и называется в первом случае штучным
временем /шт, а во втором — партионным временем /парт.
Штучное время /шт — интервал времени, равный отношению времени
цикла технологической операции /ц к числу одновременно изготавливаемых
изделий п0 или равный календарному времени — сборочной операции /шт= /ц/и0.
Для неавтоматизированного производства аналитическое выражение
технической нормы штучного времени, мин, имеет вид
'шт 'о 'в 'орг 'тех ~*~ *отд?
где t0 — основное время; /в — вспомогательное время; (орг — время
организационного обслуживания; /тех — время технического обслуживания; /отд —
время на отдых и личные потребности.
Сумму (0 + /в называют оперативным временем Т0П. Оперативное время
повторяется с каждой обрабатываемой заготовкой, а при многоместной
обработке в определенной последовательности в зависимости от
технологического метода обработки одновременно обрабатываемых деталей.
Основное время — часть штучного времени, затрачиваемого на
изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда.
Рассмотрим составляющие элементы штучного времени в отдельности.
Во время основного (машинного) времени происходит изменение формы,
размеров или состояния обрабатываемой детали (при сборке учитывается
время, в течение которого происходит изменение взаимного расположения и
связь отдельных деталей). При станочных работах оно может быть
машинным или машиноручным (ручная подача).
Для операции, состоящей из одного перехода, основное время на операцию
Т = t
где (0 — основное время одного перехода.
Для одноинструментной операции, состоящей из нескольких переходов
следующих друг за другом, основное время на операцию
m
т =Yt ■
;=1
637
При многоинструментных наладках и одновеременной обработке
нескольких деталей зависимость между основным временем операции и
основным временем переходов легко установить, исходя из схемы обработки
деталей на станке.
При обработке основное время на каждый технологический переход t0,
для любого типа станка определяется по формуле
tn=i
р.х
= 1
р*
где / — число проходов для снятия припуска; Lpx — длина рабочего хода
инструмента в направлении подачи; SM — минутная подача; S0 — подача на
один оборот или двойной ход детали (инструмента); п — число оборотов
или ходов детали (инструмента).
Длину рабочего хода инструмента в направлении подачи рассчитывают
по формуле
Jp.x
:А> + /п + /д,
где Lp — длина резания (при непрерывном резании является длиной
заготовки); /п — длина подвода, врезания и перебега инструмента; /д —
дополнительная длина хода, вызванная особенностями конфигурации заготовки и
наладки инструмента.
Число оборотов детали определяют из формулы скорости резания
ndn _
1000'
и = -
1000 Г
nd
где V— скорость резания, d— диаметр детали (инструмента).
Для примера выведем формулу основного времени технологического
перехода для токарных и сверлильных работ (рис. 5.33 и 5.34).
Основное время перехода для токарных работ
, Л+/1+/2 А*
t0 =i— =i——
nS nS
Рис. 5.33. Определение длины
рабочего хода при токарной
обработке
638
где Lp — длина резания обтачиваемой
поверхности вала; /] — длина подвода и
врезания инструмента в деталь; /2 — длина
перебега (выхода) резца (/2 = 1...5 мм); Lpx —
длина рабочего хода резца; п — число
оборотов вала; S — подача резца.
Длина врезания резца
h = '/tg Ф,
где / — глубина резания; ф — угол в плане
резца.
Основное время для сверлильных работ
А* А+4Н А+о,зл+(/-5)
/0 =г—— = i = i ,
SM SM nS0
где Lp.x — длина рабочего хода резца; SM —
минутная подача (SM = nS); I — длина
отверстия; /] — длина подвода врезания сверла (/i =
= — ctg ф); /2 — длина перебега сверла (обычно
принимается равной 1...5 мм в зависимости от
диаметра сверла).
Значение величины подачи на оборот
шпинделя S и числа оборотов шпинделя п
находят на основании расчета режимов резания
на данный переход.
Аналогично можно вывести расчетные
формулы основного времени технологической
операции или перехода для всех видов
обработки на станках.
Как видно из приведенных формул основное время определяется как
отношение пройденного пути к скорости движения, однако каждый метод
обработки имеет свои особенности и их следует учитывать при расчетах.
Вспомогательным временем называют часть штучного времени,
затрачиваемого на выполнение приемов, необходимых для обеспечения
изменения и последующего определения состояния предмета труда.
Вспомогательное время затрачивается на выполнение различных
действий, необходимых при каждой операции для обеспечения основной работы.
Оно включает время на установку закрепления и снятие заготовки, на
управление станком (пуск и остановка станка, быстрый подвод и отвод
инструмента, измерение заготовки и детали и т. п.).
Вспомогательное время повторяется с каждой обрабатываемой
заготовкой, а при многоместной обработке в определенной последовательности в
зависимости от метода обработки и работы станка. Вспомогательное время
делится на время, перекрываемое и время, неперекрываемое основным
машинным временем. В формулу штучного времени входит только время
неперекрываемое основным машинным временем.
При обработке на автоматах вспомогательным временем является время
холостых ходов, а именно: автоматический подвод и отвод суппортов,
автоматическое переключение станка с одной позиции на другую и т. п.
Вспомогательное время рассчитывают по нормативам, учитывающим основные
факторы, которые влияют на продолжительность вспомогательных действий
(масса заготовки, модель станка, тип приспособления и т. п.).
Рис. 5.34. Определение длины
рабочего хода при сверлении
639
Время обслуживания рабочего места — часть штучного времени,
затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технического
оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом.
Время обслуживания рабочего места затрачивается рабочим на уход за
рабочим местом в течение рабочей смены. Сюда включают время
организационного Торг и технического обслуживания Гтех.
Во время организационного обслуживания Торг входит время,
затрачиваемое на осмотр и опробование оборудования, раскладку и уборку
инструмента в начале и конце смены, смазку оборудования и очистку его от
стружки. Время организационного обслуживания определяется в процентах
от оперативного времени по нормативам, составленным на основе
систематизированных данных фотографии рабочего дня.
Во время технического обслуживания Ттех входит время, затрачиваемое
на смену инструмента, подналадку станка и т. п.
Время технического обслуживания при станочной обработке можно
определить по формуле
_tnKn+TH
-* т п 1
где /п — время, затрачиваемое на каждую подналадку; Кп — количество
подналадок за время работы инструмента до его снятия; ТИ — время
затрачиваемое на каждую смену затупившегося инструмента; щ — количество
заготовок, обрабатываемых за время работы инструмента до его смены.
Время, затрачиваемое на подналадку и смену инструмента, определяют
по нормативным данным.
При некоторых станочных работах время технического обслуживания
равно нулю или ничтожно мало, например, при колибровании шариком
(оправкой), при протягивании и прошивании отверстий (когда стойкость
инструмента 8 ч и более).
Время на личные потребности — часть штучного времени,
затрачиваемая человеком на личные потребности, а при утомительных работах на
дополнительный отдых.
Время перерывов на отдых и личные потребности регламентируется
условиями работы (при физически тяжелых работах).
Время на личные потребности обычно составляет 2 % от оперативного
времени. Учитывая, что время на обслуживание, отдых и личные
потребности определяют в процентах, формулу штучного времени можно
представить в следующем виде:
Т
шт
1 , *0.0 , ОТД
100 100
V
т +т .
оп т.о
Коэффициент штучного времени — отношение затрат времени на
непосредственное выполнение одним или несколькими рабочими-многоста-
640
ночниками технологической операции на рассматриваемом рабочем месте к
сумме тех же затрат по всем технологическим операциям, выполняемым при
многостаночном обслуживании.
При выполнении работ партиями время на заданную партию Гпарт
определяют по формуле
-* парт -* п.з -* ш^П)
где Гпз — норма подготовительно-заключительного времени; Тшт— норма
штучного времени; пп — число деталей в партии.
При серийном производстве при расчете потребного количества
станков для определения стоимости обработки детали используют
калькуляционное время
Т
Т =т + -^.
к шт
"п
Подготовительно-заключительное время — интервал времени,
затрачиваемый на подготовку исполнителя или исполнителей и средств
технологического оснащения к выполнению технологической операции и
приведению последних в порядок после окончания смены и (или) выполнения этой
операции для партии предметов труда.
В подготовительно-заключительное время входит время: на
ознакомление рабочего с работой технической документации; на подготовку рабочего
места, получение режущего, измерительного и вспомогательного
инструмента, подготовку и наладку станка; на сдачу деталей и контроль после их
обработки; на сдачу инструмента на склад; приведение рабочего места в
порядок, позволяющее начать производство новых изделий.
На подготовительно-заключительное время влияет характер
производства, сложность оборудования, оснастки и наладки, организация рабочего
места и др. Подготовительно-заключительное время определяют по
нормативам, составляемым по опытным данным, руководящим материалам
научно-исследовательских и производственных организаций. При расчете нормы
времени установления расценок определяют квалификацию работы по
тарифно-квалификационному справочнику.
В зависимости от вида производства, степени дифференциации и
концентрации операций использования новой техники, применения
прогрессивных методов обработки требуются рабочие соответствующей
квалификации. Квалификацию рабочего определяют по квалификационному
справочнику (разрядной сетке).
Оплата труда выражается тарифным коэффициентом.
В процессе обработки заготовок можно использовать варианты
многостаночного обслуживания рабочего места. Под многостаночным
обслуживанием подразумевают работу рабочего в течение смены на нескольких
станках.
21 Технология машиностроения
641
Многостаночное обслуживание может быть осуществлено лишь в том
случае, если машинно-автоматическое время любого обслуживаемого
станка больше или равно сумме ручного времени всех обслуживаемых станков,
включая время на переходы рабочего от станка к станку.
Количество обслуживаемых станков определяется на основе
длительности цикла на одном станке и суммарного времени, в течение которого
выполняются одни и те же повторяющиеся работы всех обслуживаемых
рабочих станков.
Время на операцию рассчитывают тем же способом, что и время работы
на одном станке. В этом случае основное время /0 принято называть
машинно-автоматическим /ма. Его определяют по расчетным формулам режимов
резания.
Время на организационно-техническое обслуживание и физические
потребности составляет дополнительную затрату времени. Это время определяют
по нормативам на рабочую смену и в длительность цикла его не включают.
Как видно из циклограммы многостаночной работы (рис. 5.35)
длительность цикла Гц складывается из основного (технологического) и
вспомогательного (неперекрываемого) времени (/„ = /0 + /в).
Вспомогательное перекрывающееся время и время переходов рабочего
от станка к станку перекрываются машинно-автоматическим временем.
Целесообразность многостаночной работы определяют из условий
соблюдения следующего равенства:
'о *в.н \ttcr 1) 1/в.п 'пер/^ст)
где ист — количество станков; /вн — вспомогательное неперекрываемое вре-
■ переход рабочего от одного станка к другому;
642
-t.
о(ма)
■ основное (машиноавтоматическое) время;
- tB - вспомогательное перекрываемое время;
- te - вспомогательное перекрываемое время;
- гв п - время перехода рабочего от станка к станку
Рис. 5.35. Циклограмма многостаночной работы
мя; /в.п — вспомогательное перекрываемое время; tnep — время на переходы
рабочего от станка к станку.
Отсюда количество обслуживаемых станков одним рабочим равно
*в.п + 'в.н "^ ' пер в.п ~*~ Vh ~*~ *пер
Норма выработки в смену
N = n /ст4"/доп
■" "ст '
где /Доп — дополнительное технологическое время.
Станкоемкость /ст — время, затрачиваемое станком. Станкоемкость не
всегда представляет собой длительность обработки детали на станке.
Например, на 6-шпиндельном автомате позиционного действия длительность
обработки детали на одной позиции равна 2 мин при суммарной обработке
на 5 позициях — 10 мин. При обработке одновременно трех деталей
станкоемкость одной детали равна 0,33 общего станочного времени на данном
станке.
В станкоемкость включают время, необходимое на смену и регулировку
инструмента, отнесенного к одной детали.
Различают станкоемкость: операции, обработки детали (сумма станко-
емкостей на отдельных позициях), изготовления узла (сумма станкоемко-
стей деталей, входящих в узел).
При обработке деталей на многорезцовых одношпиндельных
полуавтоматах позиционного действия, агрегатных станках, автоматических линиях
станкоемкость определяется временем работы лимитирующего резца на
лимитирующей позиции.
В некоторых случаях при изменении условий обработки станкоемкость
может оказаться выше расчетной, например, при изменении режимов
обработки (по причинам колебания твердости материала, погрешностей заготовки,
погрешности зажима и др.).
Одной из важнейших характеристик технологического процесса
является трудоемкость Тр, представляющая собой время занятости рабочего. При
работе на универсальном оборудовании трудоемкость равна или больше
станкоемкости, например, из-за наличия ручных операций (зачистка
заусенцев, клеймение деталей и др.). При работе на полуавтоматах, автоматах,
агрегатных станках, автоматических линиях функции рабочего сводятся к
загрузке заготовок, выгрузке деталей, наблюдение за работой, подналадке и
смене инструмента. Подсчет занятости рабочего на каждом станке
позволяет определить количество рабочих и фактическую трудоемкость.
Так как загрузка рабочих на технологической линии колеблется в
широких пределах, фактическую трудоемкость изготовления детали можно опре-
643
делить только после планировки оборудования, которая позволяет
правильно расставить и загрузить рабочих на линии обработки детали или сборки
изделия. Фактическую трудоемкость /ф определяют по формуле
где jVp-л — число рабочих на линии; /см — длительность смены; пл см —
выпуск деталей в смену.
При многоинструментальной обработке обеспечивается высокая
производительность за счет одновременной работы большого количества
режущих инструментов и небольшого вспомогательного времени. Поэтому
назначение оптимальных режимов резания, наиболее полное использование
режущих свойств инструмента и оборудования имеет решающее значение.
Задача назначения режимов резания состоит не только в определении
оптимальных режимов, но и включает анализ спроектированной наладки и
улучшения ее за счет перераспределения нагрузки между инструментами
путем изменения расположения их в наладке и др.
Варианты технологического процесса оценивают, прежде всего, с точки
зрения выполнения технических условий, предъявляемых к детали
(изделию). Основным показателем экономичности сравниваемых вариантов
является себестоимость.
Сравнение вариантов себестоимости обработки деталей машин можно
проводить по аналитическим расчетам себестоимостей вариантов или с
учетом всех показателей, входящих в себестоимость. Аналитический способ
применяют в случае, если отдельные показатели, входящие в себестоимость
не претерпевают значительных изменений.
Подсчет себестоимости называют калькуляцией. Различают
калькуляцию сметную (предварительную) и исполнительную (плановая, отчетная),
т. е. запроектированную и действительную.
Калькуляцию проводят бухгалтерским или локальным методами.
При определении себестоимости бухгалтерским методом Сб, накладные
расходы начисляют в виде процента к сумме расходов на заработную плату
работников, т. е.
где М — затрата на материалы (на одно изделие); Р — количество
различных материалов; П\ — процент начислений по зарплате; П2 — процент
накладных расходов; т — количество операций; 3 — затраты на
производственную заработную плату.
Локальный метод расчета себестоимости позволяет выявить влияние
различных факторов на себестоимость. Этот метод является более точным,
644
но более трудоемким. В этом случае себестоимость рассчитывают по
следующей формуле:
где Сс — затраты на амортизацию и содержание станков; Ст0 — затраты на
амортизацию и содержание технологической оснастки; Си — затраты на
амортизацию и содержание инструмента.
Затраты на заработную плату производственных работников
5 = 1
чкп чк.
\
р-+-
V "Р "н J
J_
60'
где Ч — часовая ставка первого разряда; Кр — разрядный коэффициент
работы; ир — количество станков, обслуживаемых рабочим; Кн — разрядный
коэффициент наладчика; пн — количество станков, обслуживаемых
наладчиком; / — время, затрачиваемое на одну операцию.
Затраты на материалы
т т
1 1
где G\ — масса одной марки материала; q\ — стоимость 1 кг материала;
G2 — масса отходов (в стружку) одной марки материала; q2 — стоимость
отходов (стружка) одной марки материала; т — количество марок
материалов, идущих на одно изделие.
Исходя из приведенных формул расчета себестоимости видно, что
снизить затраты на заработную плату можно за счет сокращения времени на
операцию, снижения квалификации работ и увеличения числа
обслуживаемых станков рабочим и наладчиком. Сократить затраты на материал можно
за счет уменьшения массы изделия, использования более дешевых
материалов, но не за счет качества изделия.
Уменьшить затраты на накладные расходы можно за счет уменьшения
расходов на амортизацию и содержание станков, приспособлений,
инструментов и сокращения числа управленческого аппарата, брака и др.
Средства производства имеют как физический, так и моральный износ.
Деньги, необходимые для замены средств производства (станков, техосна-
стки, инструмента) новыми, заранее накапливаются за счет
амортизационных отчислений, входящих в себестоимость выпускаемых изделий.
Для сравнительного анализа вариантов технологических процессов по
себестоимости изготовления изделия можно использовать цеховую
себестоимость Сц, рассчитываемую по формуле
Сц = М + 3 + Яц,
645
где Нп — сумма цеховых накладных расходов.
В цеховые накладные расходы входят стоимость эксплуатации и
амортизация инструмента, приспособлений и амортизации оборудования #об,
которая определяется по формуле
■*^Об "^Об Лр "^ЗД ^ЭН)
где Лоб — стоимость амортизации станка или другого вида оборудования;
Ар — стоимость ремонта оборудования; Азй — стоимость амортизации
зданий, относящихся к данному оборудованию; Ээн — стоимость
электроэнергии, расходуемой на приведение в движение оборудования.
Стоимость амортизации оборудования
А - У1 ^об^ам^м t
^6 ^Фо6-ЖК„-60' '
где С0б — стоимость оборудования; dm — процент амортизации; пы —
количество оборудования, занятого на данной операции; Ф0б — годовой фонд
времени работы оборудования; Кн — коэффициент использования
оборудования; т — число операций; t — время работы оборудования.
Стоимость ремонта оборудования
_ V1 ан.сЛ)1
4.-Z
й.
100 '
где ан.с — норма стоимости ремонта в год.
Стоимость амортизации зданий
А _ у ^зд-"зд^-здаздИм
зд ^ 100Фоб-60 '
где Fm — площадь здания, занятая станком или другим видом
оборудования; Язд — высота здания; Сзд — стоимость 1 м здания; азд — процент
амортизации здания.
Стоимость электроэнергии
Ы\ ЛэмЛэс-60
где jVM0T — мощность электромоторов; Сэн — стоимость 1 кв/ч эл. энергии;
Км — коэффициент машинного времени работы оборудования; г\эм —
коэффициенты полезного действия (КПД) электромоторов; г\ж — КПД
электросети; т — число операций.
Стоимость содержания и амортизации приспособлений или другой
технологической оснастки на единицу продукции определяют по следующим
формулам:
646
для универсальных приспособлений
у h 100ФобКн-60 ' '
для специальных приспособлений
СП ^j
/=1 Иизд
где Спр — стоимость приспособления; dn — процент амортизационных
отчислений; d3K — расходы на эксплуатацию приспособлений в процентах от
его стоимости; иизд — количество объектов производства (деталей),
подлежащих обработке по неизменному чертежу.
Расходы на содержание инструмента определяют по формулам:
для универсального инструмента
„ =уу(Сн+и.ЧпК*,'.
y~hh (1+ог-бо '
для специального инструмента
и = yy(C«+tiaCa)n^
,=1 ,=1 «о.н
где С„ — стоимость инструмента; /п — количество переточек; /п — время на
одну переточку; Сп — стоимость переточки; и„ — количество одинаковых
одновременно работающих инструментов; Т — стойкость инструмента;
"о.н— количество одинаковых инструментов, необходимых для выпуска п
объектов, изготавливаемых по неизменному чертежу; m — количество
различных типов инструментов одновременно работающих на каждой операции.
Цеховые накладные расходы Яц можно приближенно оценить по формуле
Н -Ц'
где Цт — сумма годовых цеховых расходов; Зт — годовой фонд зарплаты
производственных рабочих.
При сравнении вариантов обработки деталей машин или сборки,
необходимо учитывать эффективность внедрения нового варианта и срок, в
течение которого погашаются все затраты.
Если обозначить общие капитальные затраты на сравниваемые
варианты техпроцессов через К\ и К2, а себестоимости деталей — С\ и С2,
программу в год — пу, то формула для расчета срока окупаемости /ок будет
иметь следующий вид:
647
K2-Kx
'ок
(С,-С2)иг
Следует учитывать, что при оценке работы ГПС часто используют
номинальную штучную производительность работы модулей, в которую не
входят затраты времени на подготовку производства и просто
оборудования. Штучную производительность работы ГПС определяют по формуле
N
бгпс = _~ >
Чпт.м
где Фш — фонд времени каждого ГПМ, принимающего участие в
изготовлении данного изделия; jV— количество ГПМ; /штм — штучное время на
изготовление одного изделия.
Штучное время на изготовление изделия на ГПМ равно
'шт.м 'у.п 'уст *ин,
где /у.п — время работы модуля по управляющей программе для
изготовления одного изделия (основное время); /уст — время установки заготовки (не-
перекрываемое вспомогательное время); /ин — время, связанное с
обслуживанием режущих инструментов (время технического обслуживания).
Другими словами формулу можно представить в известном нам виде:
'шт.м 'о 'в 'т.о*
Для оценки производительности ГПМ, обрабатывающего несколько
различных партий деталей, необходимо учитывать штучно-калькуляционное
время, которое затрачивается на наладку новой партии изделий. В этом
случае в подготовительно-заключительное время включают ознакомление
оператора с чертежом, вызов управляющей программы, ввод программы контроля
и другие работы, связанные с особенностями управления станком.
Штучно-калькуляционное время можно рассчитать по формуле
Т
•шт.к.м у.п *уст 'нн
п
Повысить производительность труда при обслуживании ГПС можно за
счет увеличения количества ГПМ одним оператором.
Время изготовления партии одинаковых изделий Тпм определяют по
формуле
2^ шт
т =т +——+т ■
п.м п.з.м тг к;'
где Kj — коэффициент использования ГПМ (отказы, простои) при
изготовлении z'-й партии изделий; TKi — время контроля z'-й партии изделий.
648
Гибкость производственной системы
(ГПС) можно приблизительно оценить через
отношение
подготовительно-заключительного времени Гп.з.м к суммарному
штучно-калькуляционному времени £/шт.км. Чем меньше
доля подготовительно-заключительного
времени Гп з.м, тем возможности ГПС будут выше
(при прочих равных условиях). Более точным
является сравнительный расчет по уровню
автоматизации ГПС, который может
выражаться коэффициентом использования
оборудования, работающего в автоматическом
цикле, т. е. при работе по управляющей
программе.
о
Рис. 5.36. Сопоставление
вариантов технологических
процессов (У, 2, 3) по их
себестоимости С, в зависимости от
числа изделий в партии
Коэффициент использования оборудования К„,м при обработке одной
партии изделий равен
Ё('у.п+'пер)
к„
где /у.п — время работы по управляющей программе при изготовлении
одной детали; /пер — время перемещения детали из позиции загрузки в
позицию обработки, несовмещенное с временем обработки; п — число деталей в
партии.
Графическое изображение сопоставления вариантов технологических
процессов по их себестоимости в зависимости от числа изделий в партии
показано на рис. 5.36. Так же наглядно можно представить и другие
показатели проведенного технико-экономического анализа сравнения вариантов.
Одной из важных задач при нормировании технологических процессов
является установление оптимальных режимов резания. Погрешность
расчетов себестоимости по справочным данным обычно составляет около 25 %,
что объясняется отсутствием достаточных данных о взаимовлиянии связей и
закономерностей всех протекающих в процессе обработки заготовок
процессах. Поэтому назначенные режимы резания в реальных
производственных условиях подвергаются коррекции с целью достижения их
рациональных значений. Каждый метод обработки имеет свои особенности, которые
оказывают влияние на методику назначения режимов резания, однако
существуют некоторые общие требования к проведению расчетов.
Вначале необходимо подготовить исходные данные о рассматриваемом
технологическом процессе. Исходными данными для определения
параметров режимов резания являются: наименование детали и операции,
программа выпуска; марка материала, предел его прочности (для стали), значение
649
твердости, модуль упругости, метод получения заготовки (прокат, поковка,
отливка и т. д.); число, последовательность и наименование
технологических операций и переходов (позиций, проходов); наименование станка
(паспортные данные станка), ряд скоростей вращения шпинделя, наибольшие
допустимые крутящие моменты для каждого числа оборотов, наибольшее
допустимое усилие и подачи; количество заготовок и инструментов в
наладке; метод крепления заготовок (в патроне, в центрах и т. д.), размеры
заготовки и детали, требуемая точность и качество обрабатываемых
поверхностей; наименование режущей части, геометрические характеристики,
стойкость инструмента и способ подачи и состав смазочно-охлаждающих
технологических сред (СОТС).
Основными источниками исходных данных являются чертежи и
операционная технологическая карта технологического процесса. Исходные
данные позволяют назначать режимы резания.
Обычно начинают расчет с выбора подач, исходя из жесткости
технологической системы. Затем определяют стойкость инструмента. После чего
рассчитывают скорость резания в зависимости от износостойкости
инструмента. Следующим этапом расчета является определение сил и мощности
Начало
■
Ввод исходных данных
1
Проведение расчетов
Подача
Скорость резания
Потребляемая
мощность
Основное время
Вспомогательное
время
Штучное время
Штучно-
калькуляционное
время
1
*
База
данных
~~г-
Конец
Рис. 5.37. Блок-схема алгоритма расчета режимов резания и норм времени
на одну операцию
650
резания. Получаемые в результате расчета данные корректируют с учетом
паспортных данных станка. Критериями для выбора режимов резания,
износа инструмента являются: качество, производительность и себестоимость
обработки.
Если станок не удовлетворяет заданным требованиям, то выбирают
другой метод обработки или другой станок и расчет повторяют. Вновь проводят
корректировку полученных результатов согласно паспортным данным
выбранного станка и проверочный расчет. Затем рассчитывают оперативное
время (основное и вспомогательное). В последнюю очередь рассчитывают
остальные составляющие штучного или штучно-калькуляционного времени.
Блок-схема алгоритма расчета режимов резания и норм времени на одну
операцию представлена на рис. 5.37. С помощью разработанных программ
САПР-ТП можно значительно повысить производительность и качество
получаемых результатов при проведении подобных расчетов.
Приложение
■ П.1. Термины и определения технологических процессов,
утвержденные государственными стандартами РФ
Абразивная обработка — обработка резанием, осуществляемая множеством
абразивных зерен.
Абразивная отрезка, разрезка (недопустимо) — полное разделение заготовки на
части шлифовальным кругом.
Абразивная прорезка — образование паза или канавки на заготовке шлифовальным
кругом.
Абразивная царапина, царапина, риска (недопустимо), задир (недопустимо) —
углубление на обработанной поверхности, образованное в результате воздействия
абразивного зерна или группы зерен при абразивной обработке, глубина которой
превышает наибольшую высоту неровностей профиля поверхности.
Абразивно-кавитационное лужение — ультразвуковое лужение припоем,
содержащим частицы твердого материала.
Абразивно-кристаллическое лужение — абразивное лужение, при котором
частицами твердого материала являются первичные кристаллы припоя.
Абразивное изнашивание — механическое изнашивание материала в результате
режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц. Под
дефектом поверхности понимается повреждение или отклонение заготовки или изделия,
не допускаемое документом на заготовку или изделие.
Абразивное полирование, полирование — абразивная обработка, предназначенная
только для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности и увеличения
зеркального отражения.
Абразивный скол, скол — нарушение кромок обработанной заготовки,
появившиеся в результате абразивной обработки. Под дефектом поверхности понимается
повреждение или отклонение заготовки или изделия, не допускаемое документом на
заготовку или изделие.
Автоколебания — колебания системы, возникающие в результате самовозбуждения.
Автомат (от греческого automates — самодействующий) — устройство
(совокупность устройств), которое без непосредственного участия человека принимает,
преобразовывает, использует (распределяет) энергию, материалы или информацию в
соответствии с заданной программой. Примеры автоматов — станки-автоматы,
автоматические ЭВМ, автоматические межпланетные станции и др. Применение
автоматов повышает производительность труда, освобождает человека от
утомительной однообразной работы, а также от работы в условиях, опасных или вредных для
человека.
Автоматизация — применение автоматических устройств для выполнения
функций управления, благодаря чему человек частично или полностью освобождается от
652
участия в процессах получения, преобразования и использования энергии,
материалов или информации. Различают автоматизацию: частичную, комплексную и
полную. Автоматизация широко применяется в промышленности, энергетике, на
транспорте, в связи, системах сбора и обработки информации, вычислительной
технике и т. д.
Автоматизация средств технологического оснащения, автоматизация СТО —
применение энергии неживой природы в средствах технологического оснащения
при автоматизации технологического процесса.
Автоматизация технологического процесса, автоматизация процесса — применение
энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях
для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей,
осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий
производства, повышения объема выпуска и качества продукции.
Автоматизация технологического процесса — использование
автоматизированных устройств и вычислительной техники для управления и выполнения
технологического процесса или его составных частей с целью сокращения трудовых затрат,
улучшения условий труда, повышения объема выпуска и качества продукции.
Автоматизация управления технологическим процессом — применение
автоматических устройств и средств вычислительной техники для управления
производственным процессом. Цель автоматизации управления производственным процессом —
повышение уровня и качества производства благодаря более полному и
рациональному использованию производственных мощностей, труда, материальных и
денежных ресурсов, более точному установлению потребностей в материалах,
комплектации изделий и полуфабрикатах, оперативному маневрированию фондами и
запасами, точному определению объема и номенклатуры выпускаемых изделий.
Автоматизированная кузнечно-прессовая линия, автоматизированная линия —
кузнечно-прессовая линия, в которой большая часть технологического процесса
изготовления изделия осуществляется без вмешательства человека и только
отдельные действия выполняются с участием человека.
Автоматизированная система контроля — система, обеспечивающая проведение
контроля с частичным непосредственным участием человека.
Автоматизированная система обработки данных — вычислительная система,
осуществляющая переработку данных, характеризующих непосредственно
исследуемый объект или явление, и формирующая результаты обработки в удобном для
хранения и анализа виде. Автоматизированная система обработки данных
обеспечивает пользователей информацией в ходе проведения исследований при помощи
диалога с ЭВМ, а также выдает информацию на различные технические средства.
Автоматизированная система проектирования (САПР) — комплекс
математических и технических средств для автоматизации процесса проектирования с
участием человека. САПР состоит из математического обеспечения и технического
оснащения. Математическое обеспечение подразделяется на внешнее и внутреннее. К
внешнему математическому обеспечению относятся языки представления исходной
информации, средства пополнения информационной системы и языки управления
работой САПР, позволяющие вести диалог «человек-система». Внутреннее
математическое обеспечение состоит из операционной системы, программного
обеспечения процедур решения основных задач проектирования и информационной
системы. В состав технического оснащения САПР входят центральный вычислитель и
средства, с помощью которых человек влияет на процесс проектирования.
653
Автоматизированная система технологической подготовки производства
(АСТПП) — САПР или подсистема САПР, в которой решаются задачи
проектирования технологических процессов, оснастки, инструмента и специального
технологического оборудования.
Автоматизированная система управления (АСУ) — человеко-машинная система,
основанная на комплексном использовании экономико-математических методов и
технических средств автоматической обработки информации для решения
основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью различных
звеньев народного хозяйства. АСУ подразделяются на три основные группы:
автоматизированные системы управления и специализированные автоматизированные
системы функционирования органов управления народным хозяйством.
Предпосылкой создания АСУ явилась возможность автоматизации информационных
процессов. АСУ повышает эффективность управленческого труда, позволяет в
короткие сроки и с высокой степенью достоверности обрабатывать большие объемы
информации, необходимой для выполнения различных функций управления.
Автоматизированная система управления технологическими процессами
(АСУТП) — система «человек-машина», предназначенная для решения задач
управления сложными технологическими процессами. Характерной особенностью
таких систем является наличие в них людей, принимающих непосредственное
участие в управлении технологическим процессом.
Автоматизированная транспортно-складская система, АТСС — система
взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для
укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, а
также технологической оснастки.
Автоматизированное ведение классификатора — информационно-поисковый
процесс, который содержит операции сборки, ввода, обработки, вывода,
распределения, хранения и выдачи данных об информации, содержащейся в классификаторе,
и осуществляется преимущественно с помощью средств автоматизации.
Автоматизированное проектирование — проектирование, выполняемое при
взаимодействии человека с ЭВМ. Степень автоматизации проектирования
оценивается долей 6 проектных работ, выполняемых на ЭВМ без участия человека, в общем
объеме проектных работ. При 6 = 0 проектирование неавтоматизированное, при
6=1 полностью автоматическое. Для автоматизированного проектирования
характерны рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ и
обоснованный выбор моделей и методов для автоматизированных процедур.
Рациональность и обоснованность в выборе средств и методов проектирования определяются
уровнем развития вычислительной техники, вычислительной математики, теории
автоматизированного проектирования и конкретных технических дисциплин.
Автоматизированное рабочее место в автоматизированной системе
управления — рабочее место персонала АСУ, оборудованное средствами,
обеспечивающими участие человека в реализации автоматизированных функций АСУ.
Автоматизированное сквозное проектирование — автоматизированное
проектирование, характеризующееся автоматизацией всех этапов проектирования объектов
и выполняемое с помощью САПР, имеющих средства для реализации необходимых
информационных связей не только между программами внутри подсистем, но и
между подсистемами САПР.
Автоматизированный метод выполнения технологического процесса,
автоматизированный метод — метод выполнения технологического процесса, при котором
654
применяется энергия неживой природы, а управление выполняется людьми
(частично без участия людей).
Автоматизированный технологический комплекс — совокупность совместно
функционирующих автоматизированной системы управления технологическим
процессом и технологического объекта управления.
Автоматическая линия — система машин или комплекс основного и
вспомогательного оборудования, автоматически выполняющих в определенной
технологической последовательности и с заданным ритмом весь процесс изготовления или
переработки продукта производства или его части. Персонал, обслуживающий
автоматическую линию, осуществляет: управление линией, контроль за работой ее
агрегатов или участков, ремонт и наладку. Автоматические линии наиболее
распространены в машиностроении, а также в химической, электротехнической,
радиотехнической и пищевой отраслях промышленности. Различают автоматические линии:
специальные (для обработки строго определенных изделий), специализированные
(для обработки однотипной продукции в определенном диапазоне параметров) и
универсальные быстропереналаживаемые (для изготовления однотипной продукции
широкой номенклатуры). Автоматическая линия обеспечивает стабильность
качества изготовляемой продукции, высокий коэффициент использования оборудования,
уменьшает потребность в рабочей силе.
Автоматическая роторная линия — совокупность нескольких технологических
роторов и транспортных роторов, расположенных на общей станине в соответствии
с технологической последовательностью обработки изделия. По сравнению с
обычными автоматическими линиями автоматические роторные линии значительно
сокращает производственный цикл, уменьшает межоперационные запасы заготовок,
высвобождает производственные площади, снижает трудоемкость изготовления и
себестоимость продукции.
На автоматических роторных линиях обрабатываемые заготовки совершают
движение по дугам окружностей совместно с воздействующими на них орудиями.
Технологические (рабочие) и транспортные роторы работают синхронно, передавая
заготовки с одной операции на другую. На автоматических роторных линиях
осуществляют операции штамповки, вытяжки, прессования, сборки и контроля. В
пищевой и химической промышленности автоматические роторные линии используют
для расфасовки и упаковки.
Автоматически используемый инструмент — инструмент, который
используется в машинах-автоматах или полуавтоматах, снабженных специальным устройством
для периодического восстановления рабочих свойств инструмента и его установки в
рабочее положение без участия людей.
Автоматический кузнечно-прессовый участок, автоматический участок — кузнечно-
прессовый участок, в котором технологический процесс, включая операции загрузки
материала или заготовок и выгрузки изделия, осуществляется без участия человека.
Автоматический метод выполнения технологического процесса,
автоматический метод — метод выполнения технологического процесса и управления им без
непосредственного участия людей. В технологических процессах и операциях могут
применяться один или несколько методов механизации (автоматизации).
Автоматическое управление — целенаправленное воздействие на объект
регулирования с целью поддержания на заданном уровне его выходных параметров без
участия человека. При автоматическом управлении один или несколько входных
сигналов воздействуют на объект регулирования, обеспечивая стабилизацию или
655
изменение по заданному закону параметра регулирования; например, с помощью
регулятора тока возбуждения можно автоматически поддерживать напряжение в
обмотке якоря электрического генератора или с помощью регулятора температуры,
управляющего электрическим нагревателем, температуру в помещении и т. д.
Существуют простые и сложные системы автоматического управления. Примером
простой системы является система автоматического управления освещением улиц, в
которой светильники находятся в двух состояниях — включенном и отключенном.
В сложных системах используют обратные связи по параметру регулирования, т. е.
определяют отклонение действительного значения параметра от заданного. В
зависимости от значения и знака отклонения формируется управляющее воздействие,
сводящее рассогласование параметров к минимально возможному значению. Такие
системы называют замкнутыми. В качестве источников энергии, необходимой для
функционирования системы автоматического управления, используют
электрические, пневматические и гидравлические устройства.
Автоматная сталь, конструкционная сталь повышенной обрабатываемости
резанием — сталь с повышенным содержанием серы (0,08. ..0,2 %), а часто и фосфора (до
0,15 %). Предназначена для обработки на металлорежущих станках-автоматах, так
как благодаря такому химическому составу при резании автоматной стали
образуются короткие, ломкие, легко отделяющиеся стружки.
Автомобиль (от авто... и лат. mobilis — подвижной, легко двигающийся) —
транспортная безрельсовая машина, главным образом на колесном ходу, приводимая в
движение собственным двигателем (внутреннего сгорания, электрическим или
паровым). Вращение от двигателя передается муфте сцепления, коробке передач,
дифференциалу и колесам (ведущему мосту). Различают автомобили пассажирские
(легковые и автобусы), грузовые, специализированные (пожарные, санитарные и
др.), гоночные и т. д.
Автомобильная промышленность — отрасль промышленности, производящая
грузовые и легковые автомобили, автобусы, специализированные автомобили
(цистерны, фургоны, самосвалы, седельные тягачи с полуприцепами, автомобильные
прицепы, агрегаты и запасные части). Производство в автомобильной
промышленности является массово-поточным.
Автотранспортное средство — самоходное колесное транспортное средство,
приводимое в движение собственным источником энергии, имеющее массу не
менее 400 кг, или прицепное колесное транспортное средство, или их комбинация.
Агрегат (от лат. aggrego — присоединяю) — 1) машинный агрегат — укрупненный
унифицированный элемент машины, обладающий полной взаимозаменяемостью и
выполняющий определенные функции в технологическом процессе; 2)
механическое соединение нескольких машин, работающих в комплексе.
Агрегатирование — 1) метод компоновки промышленных изделий из
взаимозаменяемых унифицированных сборочных единиц, выполняющих определенные
функции. Агрегатирование позволяет ограничить число применяемых типов и моделей
узлов минимумом наиболее совершенных конструкций, чем способствует
повышению эффективности затрат на их производство. Агрегатирование упрощает
эксплуатацию и ремонт изделий, а также модернизацию отдельных морально
устаревших узлов. 2) Составление агрегатов из нескольких машин для их комплексного
использования.
Агрегатно-модульный промышленный робот — агрегатный промышленный
робот, в котором используют исполнительные модули.
656
Агрегатный метод ремонта — обезличенный метод ремонта, при котором
неисправные агрегаты заменяются новыми или заранее отремонтированными.
Агрегатный промышленный робот — промышленный робот, в котором по
крайней мере исполнительное устройство изготовлено путем агрегатирования из
деталей, узлов и агрегатов, входящих в унифицированный набор для построения
определенных модификаций промышленных роботов. Унифицированный набор —
совокупность унифицированных составных частей для сборки путем их выбора и
различной компоновки установленной группы изделий различного назначения. В
состав исполнительного устройства промышленного робота, изготовленного путем
агрегатирования, дополнительно входят цепи электропитания и управления, если
они не предусмотрены в конструкции узлов и агрегатов, входящих в
унифицированный набор.
Агрегатный станок — металлорежущий станок, собранный в основном из
нормализованных (унифицированных), кинематически не связанных между собой
агрегатов (так называемых силовых головок с индивидуальными приводами).
Адаптивное управление промышленным роботом — управление исполнительным
устройством промышленного робота с автоматическим изменением управляющей
программы в функции от контролируемых параметров состояния внешней среды.
Адаптивный промышленный робот — промышленный робот, управляемый
устройством адаптивного управления.
Адгезия, прилипание — возникновение межмолекулярной связи между
поверхностными слоями соприкасающихся разнородных твердых или жидких тел (фаз).
Частным случаем адгезии является когезия, при которой соприкасающиеся тела
однородны. При статическом контакте двух твердых тел адгезия обычно невелика, т.е.
фактическая площадь контакта составляет чрезвычайно малую долю номинальной,
а на поверхностях практически всегда имеются адсорбированные пленки,
уменьшающие адгезию. Однако при относительном перемещении тел (трении) силы
адгезии могут резко возрасти, что приведет к появлению заедания и схватывания
(адгезионное изнашивание). Адгезия определяется как отношение энергии отрыва к
площади поверхности.
Адекватность модели — соответствие модели моделируемому объекту или
процессу.
Адеструктивные методы испытаний — методы определения свойств материалов
и конструкций без разрушения или изъятия проб.
Азотирование, азотация, нитрирование — насыщение азотом поверхности
металлических изделий (главным образом стальных и титановых) для повышения
твердости, износостойкости, предела выносливости, коррозионной стойкости.
Акустический метод неразрушающего контроля — метод неразрушающего
контроля, основанный на анализе параметров упругих колебаний, возбуждаемых или
возникающих в контролируемом объекте. Акустические методы неразрушающего
контроля, использующий ультразвуковой диапазон частот, допускается называть
ультразвуковыми, например «ультразвуковой эхо-метод», «ультразвуковой
резонансный метод» и т. п.
Алгоритм (лат. algorithmi, от арабского имени узбекского математика IX в. аль-
Хорезми) — сформулированное на некотором языке строгое изложение (описание)
организации работы и порядка выполнения операций, например, при решении
математических задач, проектировании технических устройств и систем, выполнении
программы научных исследований. Первоначально алгоритм служил средством ре-
657
шения арифметических задач, позднее его стали применять при логических
построениях, в научных исследованиях и инженерной практике, при решении задач
проектирования и конструирования, а также в вычислительной технике для
описания решения задач с применением ЭВМ.
Любой алгоритм предполагает наличие исходных данных и приводит к
искомому результату. Алгоритм определяет оптимальный путь решения задачи или
развития процесса (явления); он не облегчает решение проблемы, но сокращает время
поисков путей и перебора (анализа) возможных вариантов ее решения, вносит
ясность в конечный результат. Правильно составленный алгоритм должен быть
адекватен решаемой задаче, реализуем, доступен анализу, логичен, краток, прост,
корректно представлен и удобен для использования. Каждый алгоритм характеризуется
совокупностью исходных данных, промежуточных и конечных результатов,
правилами переработки данных и извлечения результатов (правилами алгоритма). Если
совокупность исходных данных и правила их переработки определены, то алгоритм
называют детерминированным; если по указанным характеристикам имеет место
неопределенность, то алгоритм называют вероятностным или статистическим.
Алгоритм считают эвристическим, если при его реализации приходится пользоваться
логикой или догадкой.
Для записи алгоритма применяют алгоритмический язык — систему условных
обозначений (символов) и правил их использования, однозначно определяющих
операции алгоритмического процесса и последовательность их выполнения.
Для реализации любого алгоритма необходим исполнитель — человек, ЭВМ
или другое какое-либо устройство, система. Наиболее универсальным техническим
средством — исполнителем алгоритма — является ЭВМ, действия которой можно в
свою очередь описать в виде некоторого алгоритма. При этом алгоритмическим
языком служит система команд этой ЭВМ — так называемый машинный язык.
Алгоритм измерения — точное представление о выполнении в определенном
порядке совокупности операций, обеспечивающих измерение значения физической
величины.
Алитирование (от нем. alitieren, от А1 — алюминий) — разновидность алюминиро-
вания; диффузионное насыщение алюминием поверхности металлических изделий
(главным образом из стали, реже из чугуна и жаропрочных сплавов на никелевой
или кобальтовой основе). Применяется для защиты изделий от окисления при
высоких температурах, для уменьшения схватываемое™ поверхностей, повышения
износостойкости, защиты от коррозии в средах, содержащих серу, азот и углерод.
Алюминиевые сплавы — сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния,
цинка, кремния, марганца, лития, кадмия, циркония, хрома и других элементов.
Алюминиевые сплавы обладают высокими механическими свойствами, малой
плотностью, высокой электро- и теплопроводностью, хорошей коррозионной
стойкостью. Применяются во многих отраслях машиностроения, в строительстве, в
производстве бытовых предметов. По способам производства алюминиевые сплавы можно
подразделить на деформируемые, литейные и спеченные. По объему производства и
применения алюминиевые сплавы занимают 2-е место после черных металлов.
Алюминий (лат. Aluminium, от alumen — квасцы) — химический элемент III
группы Периодической системы Менделеева, атомный номер 13, атомная масса
26,98154. Серебристо-белый металл, легкий (плотность 2,7 г/см ), пластичный, с
высокой электропроводностью, температура плавления 660 °С. Химически активен
(на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в
658
природе занимает 3-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8 % массы
земной коры). Получают электролизом глинозема AI2O3 в расплаве криолита
Na3AlF6 при 950 °С. Алюминий применяют в авиации, строительстве, электротехнике,
пищевой и авиационной промышленности, металлургии, алюминотермии и др.
Алюминирование — нанесение на поверхность металлических изделий алюминия
или алюминиевых сплавов с целью защиты изделий от коррозии, улучшения
внешнего вида, придания им специальных физико-химических свойств.
Алюминирование осуществляют диффузионным методом, газопламенным и плазменным
напылением, плакированием, испарением металла в вакууме, погружением в расплав.
Алюминированию подвергают детали самолетов, ракет, автомобилей,
сельскохозяйственный инвентарь и т. д.
Анализ — исследование какой-либо проблемы, решение задачи с помощью
разделения целого на составные части для упрощения формализации, алгоритмизации и
получения конечного результата.
Анализ статистический — анализ, проводимый с целью получения
статистических сведений о свойствах исследуемого объекта.
Аналог изделия — изделие, наиболее близкое к рассматриваемому изделию по
назначению, принципу действия, конструкции, технологическим и эксплуатационным
характеристикам.
Анодирование, электрохимическое оксидирование — создание оксидной (окисной)
пленки на поверхности изделий из металлов, сплавов и полупроводников при
анодной поляризации. Известно несколько способов анодирования. Для реализации
любого из них необходимо наличие замкнутой электрической цепи, состоящей из
источника постоянного тока и электродов (катода и анода — собственно
анодируемого изделия), пространство между которыми заполняется кислородосодержащей
средой с ионной проводимостью. В зависимости от вида среды и механизма
образования оксидной пленки различают анодирование: в электролитах (водных растворах
кислот или щелочей), в расплавах солей, в газовой плазме и плазменно-
электрическое.
Анодирование в водных растворах кислот или щелочей — наиболее
распространенный и универсальный способ создания оксидных пленок толщиной 1 ...250 мкм
(например, для получения диэлектрических и электролитических,
оксидно-полупроводниковых и оксидно-металлических конденсаторов, антикоррозионных и
декоративных покрытий, грунтовых слоев под лаки и краски и т. д.). Посредством
анодирования в расплавах солей (с температурой эвтетики (-23...+527) °С) получаются
диэлектрические пленки толщиной 20...400 мкм для высоковольтных прецезион-
ных конденсаторов и электроизоляционные пленки повышенной твердости. Для
анодирования в газовой низкотемпературной плазме тлеющего разряда, служащей
источником отрицательных ионов кислорода, обычно используются две пары
электродов: одна — для образования тлеющего разряда, другая — для получения
оксидной пленки, причем пленкообразующие электроды помещаются в область
положительного столба тлеющего разряда. Такой способ образования оксидной пленки
хорошо сочетается с многими операциями планарной технологии, его применение
имеет большие перспективы в микроэлектронике. Иногда анодирование проводят в
газовой плазме безэлектродного высокочастотного разряда; при этом в рабочем
объеме содержатся только пленкообразующие электроды. В газовой плазме с
помощью анодирования создаются тонкопленочные элементы с туннельным
диэлектриком и диэлектрические пленки конденсаторов, пассивируется поверхность инте-
659
гральных схем, формируется межкомпонентная изоляция микросхем. Плазменно-
электрическое анодирование проводится при давлении 103-105 Па в парогазовой
атмосфере с большим содержанием отрицательных ионов кислорода, которая
образуется в результате интенсивного испарения электролита под воздействием
электрического разряда между электродами, один из которых (обычно катод) находится
в электролите, а другой (анод, т. е. анодируемое изделие) — над ним, вне
электролита. Электролитом служит водный раствор кислоты или щелочи; напряжение
между электродами 10... 103 В. Плазменно-электролитическое анодирование
применяется для получения диэлектрика в высоковольтных и прецезионных конденсаторах,
создания антикоррозионных покрытий и других целей.
Анодно-гидравлическая обработка — обработка металлов, состоящая в
растворении (электролизе) и уносе материала потоком электролита. Анодно-гидравлическую
обработку применяют для деталей сложной конфигурации (штампов, лопаток
турбин и т. п.), гравирования и т. д.
Анодно-механическая обработка — обработка металлов, основанная на
одновременном использовании анодного растворения и механического удаления продуктов
распада. Применяется для резки, заточки резцов, шлифования и др.
Анодно-механический станок — станок для анодно-механической обработки то-
копроводящих материалов любой твердости, в том числе жаропрочных и твердых
сплавов, а также коррозионно-стойких сталей. Применяется в основном для заточки
и доводки твердосплавных режущих инструментов, а также для разрезки
материалов. Наиболее распространены отрезные дисковые и ленточные анодно-механи-
ческие станки.
Антифрикционные материалы (от анти... и лат. frictio — трение) — материалы,
обладающие низким коэффициентом трения. Применяются для изготовления
деталей, работающих главным образом в условиях трения скольжения (подшипники,
втулки, вкладыши и т. д.). К антифрикционным материалам относятся сплавы на
основе Sn или РЬ (баббиты), Си (бронзы), Fe (серый чугун) и др.; пластмассы
(текстолит, фторопласт Ф-4 и др.); спеченные материалы (бронзографит, железографит);
некоторые виды композиционных материалов, древесины, пластиков и резины.
База (франц. base, от греч. basis) — 1) в машиностроении — поверхность или
сочетание поверхностей, ось или точка, принадлежащие заготовке или изделию и
используемые для базирования. Конструкторские базы определяют положение детали
(сборочной единицы) в изделии; технологические — положение заготовки (изделия)
в процессе изготовления или ремонта; измерительные — относительное положение
заготовки (изделия) и средства измерения; 2) база колесных транспортных средств —
расстояние между передней и задней осями 2-осного автомобиля, трактора, прицепа
или между передней осью и центром 2-осной тележки 3-осного автомобиля. База
вагона или локомотива является расстоянием между центрами крайних осей или
шкворнями тележек.
База, базирующая поверхность (недопустимо) — поверхность, или выполняющее
ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или
изделию и используемая для базирования.
База — элемент детали (или выполняющее ту же функцию сочетание элементов),
определяющий одну из плоскостей или осей системы координат, по отношению к
которой задается допуск расположения или определяется отклонение расположения
рассматриваемого элемента.
660
База данных — совокупность взаимосвязанных данных при такой минимальной
избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для
одного или нескольких приложений в определенной предметной области
человеческой деятельности. Наиболее характерными признаками базы данных являются
также независимость организации и хранения данных от использующих их
прикладных программ, наличие общих специальных средств для добавления новых или
изменения существующих данных, а также для поиска требуемых данных в базе
данных (под независимостью данных подразумевают их неизменность при
изменении использующих их прикладных программ и наоборот). Присущая базам данных
минимальная избыточность данных позволяет избежать хранения больших объемов
повторяющейся (дублирующей друг друга) информации, что, помимо сокращения
затрат на хранение копий, позволяет избавиться от значительных трудностей при
многократном выполнении операций обновления, создания новых или уничтожения
старых элементов данных, повысить достоверность (непротиворечивость)
выдаваемой базой информации.
Программное обеспечение, аппаратные средства, программируемая логика и
процедуры, посредством которых осуществляется управление базой данных, а
также сервисные средства для поддержания работоспособности базы данных образуют
систему управления базой данных (СУБД). В зависимости от вида хранимых
данных и способов их обработки базы данных подразделяют: на информационные,
базы знаний, графические и т. д. Несколько баз, объединенных логически, образуют
систему баз данных.
Базирование — придание заготовке или изделию требуемого положения
относительно выбранной системы координат.
Базовая деталь — 1) основная деталь, с которой начинается сборка машины или
механизма (станина станка и др.); 2) основная типовая деталь, отражающая
конструкторские, технологические и другие характеристики изделий, для определения
условной программы производства, в основном при проектировании цехов и заводов.
Базовая длина — длина базовой линии, используемая для выделения неровностей,
характеризующих шероховатость поверхности. Базовая длина измеряется в
основном направлении профиля.
Базовая линия — линия заданной геометрической формы, определенным образом
проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических
параметров поверхности.
Заданная линия, относительно которой определяются параметры профиля.
Базовая поверхность — поверхность заданной геометрической формы,
определенным образом проведенная относительно поверхности и служащая для оценки
геометрических параметров поверхности.
Базовая поверхность — поверхность, относительно которой производится
определение параметров шероховатости поверхности.
Базовая сборочная единица — сборочная единица, с которой начинают сборку
изделия, присоединяя к ней детали или другие сборочные единицы.
Базовый показатель технологичности конструкции изделия, базовый показатель
технологичности — показатель, принятый за исходный при оценке технологичности.
Базовый торец — торец подшипника качения, по отношению к которому задают
допуск расположения или определяют отклонение расположения.
Балансировка на месте, полевая балансировка на рабочем месте (недопустимо),
уравновешивание на месте (недопустимо), полевое уравновешивание (недопустимо) —
661
балансировка ротора в собственных подшипниках и опорах без установки на
балансировочный станок.
Балансировочный станок, балансировочное устройство (недопустимо),
балансировочная установка (недопустимо), станок для уравновешивания (недопустимо),
установка для уравновешивания (недопустимо) — станок, определяющий дисбалансы
ротора для уменьшения их корректировкой масс. Некоторые станки имеют
встроенные приспособления для корректировки масс. При серийном и массовом
производстве определение и уменьшение дисбалансов могут быть совмещены.
Банк данных — совокупность программных, языковых, организационных, а также
технических средств, предназначенных для централизованного сбора, хранения и
коллективного использования данных об определенной предметной области
человеческой деятельности, а также сами данные, которые хранятся в виде файлов,
библиотечных наборов данных или не связанных логически баз данных. Банки данных
являются важнейшей составной частью отраслевых АСУ в машиностроении и
всевозможных информационных систем.
Безлитниковая заливка — заливка открытой литейной формы, осуществляемая
открытой струей металла из литейного ковша, заливочного желоба или надставной
литниковой чаши.
Безоблойная штамповка — получение точных штампованных заготовок без облоя
горячим деформированием в закрытых штампах. При безоблойной штамповке
объем исходной заготовки должен соответствовать объему штампованной заготовки.
Оборудование для безоблойной штамповки оснащено выталкивателем.
Безопасность — свойство объекта при функционировании и нарушении
работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для
окружающей среды.
Безопочная литейная форма — литейная форма, изготовляемая в съемных опоках
формовкой по модельным штампам.
Безопочная формовка — литейная форма, изготовляемая в съемных опоках
формовкой по модельным плитам.
Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение
некоторого времени или наработки при выполнении определенного объема работы в
заданных условиях эксплуатации. Для изделий, перемонтируемых или заменяемых
после первого нарушения работоспособности, показателями безотказности могут
служить, например, вероятность безотказной работы или интенсивность отказов;
для ремонтируемых изделий — наработка до отказа, или вероятность безотказной
работы.
Бесслитковая прокатка — получение металлических прутков, заготовок или
ленты заливкой жидкого металла в зазор между вращающимися в разные стороны
горизонтальными валками. Сущность бесслитковой прокатки — в совмещении литья,
кристаллизации и деформации металла в одном процессе.
Бесцентрово-шлифовалъная операция — операция, выполняемая на бесцентрово-
шлифовальном или бесцентрово-доводочном станке.
Бесцентровое суперфиниширование — суперфиниширование поверхности
вращения, при котором технологической базой является обрабатываемая поверхность или
ранее обработанная цилиндрическая поверхность.
Бесцентровое шлифование — круглое шлифование, при котором технологической
базой является обрабатываемая поверхность или ранее обработанная
цилиндрическая поверхность.
662
Бесшпоночное соединение — соединение деталей машин по поверхности их
взаимного контакта, имеющей плавный некруглый контур (без шпонок и заменяющих
их зубьев). Наиболее распространено профильное бесшпоночное соединение.
Биение в механике — отклонение от правильного взаимного расположения
поверхностей вращающихся (колеблющихся) цилиндрических деталей машин. Различают
радиальное и торцовое биение.
Биения — колебания, размах которых — периодически колеблющаяся величина и
которые являются результатом сложения двух гармонических колебаний с
близкими частотами.
Биметалл — металлический материал, состоящий из 2-х прочно соединенных
металлов или сплавов. Имеется несколько способов получения биметалла:
металлургический или плакирование (заливка легкоплавкого металла на поверхность
тугоплавкого соединения с последующей совместной деформацией); гальванический
(электролитическое осаждение одного металла — обычно более дефицитного — на
другой); гальванометаллургический (сочетание гальванического способа с
последующей термообработкой и горячей прокаткой). Биметаллы применяют в основном
для изготовления вкладышей и свертных трубок подшипников скольжения.
Блочная безопочная литейная форма, стопочная форма (недопустимо) —
неметаллическая литейная форма из блоков с одним или двумя отпечатками модели на
противоположных сторонах, формируемых и собираемых для заливки в стопку с
вертикальным разъемом.
Блюминг, блуминг (англ. blooming) — высокопроизводительный прокатный стан,
предназначенный для обжатия стальных слитков большого поперечного сечения
массой 1...12 т в блюмы, используемые в дальнейшей прокатке. В некоторых
случаях блюминги используют для прокатки слябов, а также фасонных заготовок для
крупных двутавровых балок, швеллеров и других профилей. Различают блюминги:
1) одноклетьевые (реверсивные 2-валковые (дуо) с диаметром прокатных валков,
мм: большие 1150...1300, средние 900...950 и малые 750...800; нереверсивные 3-вал-
ковые (трио) — 750...800); 2) сдвоенные из двух последовательно расположенных
дуо-клетей с валками диаметром, мм: в первой клети 1150 и во второй 900...1000;
3) непрерывные из нескольких последовательно расположенных дуо-клетей с
валками диаметром 800... 1000 мм; 4) специализированные (одноклетевые реверсивные
дуо), выпускающие заготовку для широкополочных балок 1350.. .1400 мм.
Блюминг-слябинг — комбинированный прокатный стан для обжатия крупных
стальных слитков на заготовки квадратного (блюмы) или прямоугольного (слябы) сечения.
Болтовое соединение — соединение деталей машин, выполненное одним или
несколькими болтами с гайками.
Борирование — насыщение (главным образом электролитическое) бором
поверхности изделий из стали и некоторых других металлов для повышения их твердости,
тепло- и износостойкости, а также коррозионной стойкости.
Брак — продукция, передача которой потребителю не допускается из-за наличия
дефектов.
Бринелля метод (по имени шведского инженера Ю. А. Бринеля (J. A. Brinell, 1849-
1925)) — способ определения твердости материалов вдавливанием в испытываемую
поверхность стального закаленного шарика диаметром 2,5; 5; 10 мм при заданной
нагрузке Р 0,625...30 кН.
Бронзирование — 1) покрытие поверхности металлов защитным слоем бронзы
(сплав медь-олово) электролитическим или металлизационным способом; 2) прида-
663
ние поверхности изделий бронзового оттенка путем окраски так называемыми
бронзировальными порошками.
Быстрорежущая сталь — высоколегированная инструментальная сталь (5,5-19 % W,
а также Сг, V, Мо, С, иногда Со), обладающая высокой твердостью и
теплостойкостью. Режущий инструмент из быстрорежущей стали подвергают закалке и
многоступенчатому отпуску.
Быстрорежущий инструмент — стальной режущий инструмент с лезвиями из
быстрорежущей стали.
Бюро технической информации — подразделение в составе предприятия
(организации), в обязанности которого входит постоянное информационное обеспечение
деятельности этого предприятия (организации).
Вал в машиностроении — вращающаяся (обычно в подшипниках) деталь машины,
передающая вращающий момент. Вал — одна из основных деталей почти всех
машин и механизмов. По конструкции различают валы: прямые (гладкие,
ступенчатые, шлицевые), коленчатые, гибкие валы и др. Для создания системы посадок
введены понятие основного вала, т. е. вала, верхнее отклонение диаметра которого
равно нулю.
Валки прокатные — рабочий орган (инструмент) прокатного стана. Валки
прокатные выполняют основную операцию прокатки — деформацию (обжатие) металла
для придания ему требуемых размеров и формы. Валки прокатные подразделяют на
листовые для прокатки листов, полос и лент и сортовые для прокатки фасонного
металла круглого, квадратного сечения, рельсов, двутавровых балок и др.
Вальцевание, вальцовка — 1) деформирование прутковых, профильных, трубных
или полосовых заготовок в ковочных вальцах. Вальцеванием получают готовые
детали и точные заготовки для последующей штамповки, а также утонченные
концы на заготовках перед их волочением; 2) инструмент для развальцовки труб,
снабженных роликами, прижимаемыми к стенкам труб центральным конусом.
Вальцетокарный станок — специализированный металлорежущий станок для
обработки гладких и фасонных валков прокатных станов или крупногабаритных
цилиндров.
Ванкеля двигатель — роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания,
конструкция которого разработана в 1957 г. Ф. Ванкелем (F. Wankel, ФРГ). В Ванкеля двигателе
трехгранный ротор (поршень) вращается в цилиндре специального профиля. Грани
ротора отсекают переменные объемы камер, в которых происходят обычные для
двигателей внутреннего сгорания процессы. При одинаковой мощности с поршневым
двигателем имеет в 2-3 раза меньшие размеры. Применяется на автомобилях, лодках и т. п.
Ввод в эксплуатацию — событие, фиксирующее готовность изделия к
использованию по назначению и документально оформленное в установленном порядке. Для
специальных видов техники к вводу в эксплуатацию дополнительно относят
подготовительные работы, контроль, приемку и закрепление изделия за
эксплуатирующим подразделением.
Ведомое звено — звено, для которого элементарная работа приложенных к нему
внешних сил отрицательна или равна нулю.
Ведущее звено — звено, для которого элементарная работа приложенных к нему
внешних сил положительна.
Векторметр дисбаланса, векторметр — прибор для одновременного измерения
угла и модуля вектора дисбаланса.
664
Величина физическая — свойство, общее в качественном отношении для многих
объектов (систем, их состояния и происходящих в них процессах), но
индивидуальное для каждого объекта в количественном отношении. Например, величиной
физической являются: масса, длина, температура, электрическое сопротивление, поток
излучения, вязкость жидкостей и т. п.
Вероятность — числовая характеристика степени возможности наступления
случайного события при определенном комплексе условий.
Вероятность безотказной работы технологической системы по
параметрам продукции (параметрам производительности, затратам) — вероятность
того, что в пределах заданной наработки не произойдет отказа технологической
системы по параметрам изготовляемой продукции (параметрам
производительности, затратам).
Вероятность выполнения непланового капитального ремонта в заданное время —
вероятность того, что время выполнения непланового капитального ремонта
объекта не превысит заданного. Под заданным временем понимается заданная
оперативная продолжительность.
Вероятность выполнения непланового текущего ремонта в заданное время —
вероятность того, что время выполнения непланового текущего ремонта объекта не
превысит заданного. Под заданным временем понимается заданная оперативная
продолжительность.
Вероятность выполнения технологической системой задания, вероятность
выполнения задания — вероятность того, что объем выпуска технологической
системой годной продукции и затраты на ее изготовление за рассматриваемый интервал
времени будут соответствовать требованиям нормативно-технической и
технологической документации.
Вероятность выполнения технологической системой задания по объему
выпуска, вероятность выполнения задания по объему выпуска — вероятность того, что
объем выпуска технологической системой годной продукции за рассматриваемый
интервал времени будет не менее заданного.
вертикальная заливка — заливка литейной формы, при которой ее разъем
находится в вертикальной плоскости.
Вертикальная литейная форма — литейная форма с вертикальной литниковой
системой.
Вершина лезвия, вершина — участок режущей кромки в месте пересечения двух
задних поверхностей. У проходного токарного резца вершиной является участок
лезвия в месте пересечения главной и вспомогательной режущих кромок; у
резьбового резца — участок лезвия, формирующий внутреннюю поверхность резьбы; у
сверла — точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.
Взаимозаменяемость — свойство одних и тех же изделий (деталей, сборочных
единиц), позволяющее устанавливать их в процессе сборки или заменять без
предварительной подгонки при сохранении всех требований, предъявляемых к работе
изделия в целом. Основа взаимозаменяемости — рациональная система допусков
размеров или других параметров изделий (деталей, сборочных единиц).
Взаимозаменяемость может быть полной (для всех изделий), неполной или частичной (при
разделении изделий на партии по сопрягаемым размерам и другим параметрам).
Взрывная обработка — способ обработки металлов (сварка, штамповка,
упрочение), основанное на использовании энергии взрыва. При сварке взрывом
происходит соударение деталей, образующаяся кумулятивная струя металла сваривает де-
665
тали. Штамповка заключается в мгновенном приложении к листовой заготовке
механических напряжений.
Взрывная технология — контролируемое разрушение, перемещение, изменение
структуры и формы естественных (горные породы, лед, древесина) или
искусственных (металлы, пластмассы, бетон и т. п.) материалов, которые осуществляются за
счет энергии, выделяемой при взрыве промышленных взрывчатых веществ.
Взрывная технология применяется в горном деле, строительстве, металлообработке и др.
Взрывная штамповка — штамповка листового металла под действием давления,
создаваемого энергией взрыва бризантного взрывчатого вещества, пороха или
газовой смеси. Энергия передается через промежуточную среду (воду, минеральные
масла, песок). По точности и физико-механическим свойствам изделия, получаемые
взрывной штамповкой, не уступают изделиям, отштампованным на прессе.
Вибрационная обработка — метод механической обработки деталей и заготовок в
абразивной среде (иногда с добавкой химических веществ) при воздействии на
среду или изделие механических колебаний. Вибрационную обработку применяют для
очистки литья, удаления окалины и продуктов коррозии с поверхности детали,
снятия заусенцев и облоя, уменьшения шероховатости поверхности и т. п.
Вибрационное резание — способ обработки металлов резанием, при котором
режущий инструмент (резец, пила, сверло, нож и т. п.) совершает, кроме основных
движений, дополнительные колебания. Вибрационное резание применяют для
улучшения условий обработки труднообрабатываемых материалов.
Виброабразивная обработка (англ. vibroabrasive mashining) — абразивная
обработка, осуществляемая при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг
друга в вибрирующей емкости.
Вид производства — классификационная категория производства, выделяемая по
признаку применяемого метода изготовления изделия. Примерами видов
производства являются литейное, сварочное и т. д.
Вид технического состояния — категория технического состояния,
характеризуемая соответствием или несоответствием качества объекта определенным
техническим требованиям, установленным технической документацией на этот объект.
Различают виды технического состояния: исправность и неисправность,
работоспособность и неработоспособность, правильное функционирование и неправильное
функционирование. Под функционированием объекта следует понимать
выполнение предписанного объекту алгоритма функционирования при применении объекта
по назначению.
Виккерса метод (по названию английского концерна «Виккерс» (Vickers Limited)) —
способ определения твердости материала вдавливанием в поверхность образца или
изделия алмазного индентора (наконечника), имеющего форму правильной
четырехгранной пирамиды с двугранным углом при вершине, равным 136°. Число
твердости по Виккерсу HV — отношение нагрузки на индентор (в кгс) к площади
пирамидальной поверхности отпечатка (в мм ).
Винт (польск. gwint, от нем. Gewinde — нарезка, резьба), — крепежная деталь —
стержень с головкой.
Винтовая зубчатая передача, винтовая передача (краткая форма) — гиперболоид-
ная зубчатая передача, в которой начальные и делительные поверхности зубчатых
колес — цилиндрические, а сопряженные поверхности зубьев образованы в
станочном зацеплении общей для них производящей поверхностью. Применяют только
для малонагруженных устройств.
666
Винтовая пара — кинематическая пара с одной степенью свободы, допускает
относительное движение одного звена относительно другого.
Винтовая прокатка, косая прокатка — прокатка между косорасположенными
валками, оси которых наклонены к оси заготовки и образуют с этой осью
скрещивающиеся прямые, при таком расположении валков заготовке (кроме вращательного
движения) придается еще и поступательное в направлении ее оси. Если
поступательная скорость прокатываемого металла меньше его окружной скорости, то
винтовую прокатку называют поперечно-винтовой (производство труб, шаров, осей), а
если больше, то продольно-винтовой (производство сверл). Применяется только для
обработки тел вращения.
Винтовой пресс — машина для квазиударного воздействия на деформируемый
материал со скоростью 0,3... 1,0 м/с, в котором для возвратно-поступательного
движения ползуна со штампом использован винтовой рабочий механизм с несамотормо-
зящей резьбой.
Винтовой пресс двойного действия — винтовой пресс для штамповки в закрытых
штампах с разъемными матрицами. Винтовой пресс двойного действия оборудован
сдвоенным винтовым механизмом привода — наружного зажима матриц и
внутреннего деформирующих ползунов.
Винтовой пресс для штамповки с кручением — винтовой пресс, в котором
рабочая часть ползуна с закрепленным на нем штампом жестко связана с винтом и при
линейном перемещении вращается, создавая комбинированное воздействие на
деформируемую заготовку.
Вихрекопировальная обработка — метод изготовления изделий, при котором на
заготовке копируется объемная форма инструмента. Вихрекопировальная обработка
осуществляется при возвратно-поступательном движении инструмента или
заготовки по криволинейной (как правило, круговой) траектории, радиус которой равен
эксцентриситету X вала. Колебания совершаются в плоскости, перпендикулярной
направлению сближения инструмента с заготовкой. Существуют механические,
электрофизические и электрохимические способы вихрекопировальной обработки.
Применяют вихрекопировальную обработку для изготовления изделий сложной
формы, материал которых легко обрабатывается резанием (графит, дерево, камень);
для абразивной доводки металлических деталей; корректирования размеров
изделий, получаемых литьем, штамповкой и т. д.
Внутреннее шлифование — шлифование внутренней поверхности.
Внутренняя притирка — притирка внутренней поверхности.
Волнистость — дефект металлических изделий, главным образом листов, после
прокатки. В металлообработке под волнистостью понимают совокупность
периодически повторяющихся неровностей. Важнейшими параметрами волнистости
являются высота и средний шаг неровностей. Форма волны может быть различной, так
как различны принципы, вызывающие волнистость. Чаще всего волнистость имеет
синусоидальный характер, что является следствием колебаний системы станок-
приспособление-инструмент-заготовка, возникающие из-за неравномерности
составляющих силы резания, наличия неуравновешенных масс, погрешностей
привода и т. п.
Вольфрамовые сплавы — сплавы на основе вольфрама с добавлением металлов
(молибдена, рения, меди, никеля, серебра), оксидов (ТЮ2), карбидов (ТаС, NbC,
ZrC) и других соединений. Основные достоинства вольфрамовых сплавов —
высокая температура плавления; большие модули упругости, низкий коэффициент тем-
667
пературного расширения; недостатки — низкие пластичность при комнатной
температуре и сопротивляемость окислению. Изделия и полуфабрикаты из
вольфрамовых сплавов получают главным образом методами порошковой металлургии, реже
плавкой в вакуумных дуговых и электронно-лучевых печах с последующей
деформацией. Вольфрамовые сплавы используют в ядерной энергетике, космонавтике,
электротехнике, электронике и других областях.
Воронение — получение на поверхности деталей и изделий из углеродистой или
низколегированной стали и чугуна слоя оксидов железа толщиной 1-10 мкм.
Воронение применяют для декоративной отделки.
Врезное шлифование, шлифование с поперечной подачей (недопустимо) —
шлифование с движением подачи только в направлении, перпендикулярном к
обрабатываемой поверхности.
Временный уровень автоматизации средств технологического оснащения,
временный уровень автоматизации СТО — отношение полного машинного времени к
штучному времени.
Временный уровень механизации средств технологического оснащения,
временный уровень механизации СТО — отношение полного машинного времени к
штучному времени.
Время на личные потребности — часть штучного времени, затрачиваемая
человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых.
Время штучное — интервал времени, равный отношению цикла технологической
операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или
равный календарному времени сборочной операции. Время штучное равно сумме
времен: оперативных основного и вспомогательного, обслуживания рабочего места и
на личные потребности.
Вспомогательная база — конструкторская база данной детали или сборочной
единицы, используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.
Вспомогательное производство — часть производственной деятельности
предприятия, необходимая для обслуживания основного производства. Включает
изготовление и ремонт средств технологического оснащения, обеспечение предприятия
всеми видами энергии, ремонт зданий и сооружений, хозяйственного инвентаря и др.
Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции,
состоящая из действия человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются
изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения
технологического перехода. Примерами вспомогательных переходов являются закрепление
заготовки, смена инструмента и т. д.
Встроенный контроль электронных устройств — проверка работоспособности
электронных устройств, выполняемая с помощью специальных средств контроля и
обнаружения неисправностей (например, генераторов стандартизованных сигналов,
схем сравнения), входящих в состав данного устройства и конструктивно
объединенных с ним в единое целое. Обычно системами встроенного контроля
снабжаются достаточно сложные микроэлектронные устройства (например,
микропроцессоры, микро-ЭВМ), реализованные в виде больших (БИС) или сверхбольших (СБИС)
интегральных схем.
Различают встроенный контроль технологический и функциональный.
Встроенный контроль первого типа применяют при создании БИС на различных стадиях
их изготовления; встроенный контроль второго типа — при приемосдаточных
испытаниях и в процессе эксплуатации электронного устройства. Встроенный контроль
668
предусматривает наличие в составе БИС (СБИС) дополнительных элементов, число
которых зависит от вида контроля и типа БИС. Дополнительные элементы,
выполняющие функции встроенного контроля, создаются в едином технологическом
процессе с основными рабочими элементами, в результате чего образуется единая
конструктивная единица БИС. Элементная избыточность снижает выход годных БИС и
уменьшает их надежность, поэтому обычно средства технологического встроенного
контроля после изготовления БИС ликвидируют — отрезают от основного массива
элементов или выжигают лазерным лучом, но иногда их оставляют на
микрокристалле БИС, если они занимают мало места и не мешают работе устройства. В
отличие от систем внешнего контроля работы БИС с помощью обычной контрольной
аппаратуры встроенный контроль обеспечивает проверку функционирования БИС
на всех этапах его существования, повышает качество контроля, что способствует
увеличению выхода годных.
Встряхивающая формовочная литейная машина — формовочная литейная
машина, уплотняющая формовочную смесь встряхиванием.
Вторичная автоматизация технологических процессов, вторичная
автоматизация — автоматизация технологических процессов или их систем, в которых до ее
проведения использовались энергия людей или неживой природы (только неживой природы).
Вторичная механизация технологических процессов, вторичная механизация —
механизация технологических процессов или их систем, в которых до ее проведения
использовались энергия людей или неживой природы (только неживой природы).
Втулка — деталь машины или устройства в виде полого цилиндра (конуса), в
отверстие которого входит сопрягаемая деталь. Втулки бывают сплошные и разрезные.
Входной контроль — контроль продукции поставщика, поступившей к
потребителю или заказчику и предназначенной для использования при изготовлении, ремонте
или эксплуатации продукции.
Выборочный контроль — контроль, при котором решение о качестве
контролируемого изделия принимается по результатам проверки одной или нескольких
выборок или проб из партии или потока продукции.
Выдавливание — технологическая операция горячей и холодной объемной
штамповки. Различают выдавливание: прямое, обратное, боковое и радиальное.
Холодное выдавливание применяют для деталей из алюминия, дюралюмина, меди,
латуни, цинка, магниевых сплавов, мягкой и конструкционной сталей, содержащих до
0,45 % углерода, а также низколегированных сталей. Размеры заготовок при
выдавливании рассчитывают, исходя из равенства объемов заготовки и получаемой
детали с учетом потерь материала на последующую обработку. Точность изготовления
деталей выдавливанием зависит от размеров детали, свойств материала и точности
исполнения штампов и находится в пределах 9... 11-го квалитета, шероховатость
поверхности Rz = 40... 160 мкм.
Выкрашивание — образование ямок на поверхности трения в результате отделения
частиц материала при усталостном изнашивании.
Выносливость материалов — способность конструкционных материалов
сопротивляться действию повторных (циклических) нагрузок.
Вынужденный отказ технологической системы, вынужденный отказ — отказ
технологической системы, вызванный нарушением регламентированных для этой
системы условий производства.
Выплавляемая модель — одноразовая литейная модель, служащая для образования
оболочковой формы. Выплавляемую модель изготовляют из легкоплавкого состава.
669
Расплавленный состав заливают или в пастообразном состоянии запрессовывают в
разъемную стальную, алюминиевую, гипсовую или пластмассовую пресс-форму,
имеющую полость, по конфигурации и расположению точно соответствующую
выплавляемой модели. После затвердения состава пресс-форму раскрывают и
извлекают готовую модель.
Вырезка в металлообработке — операция листовой штамповки, заключающаяся в
раскрое листового проката (в специальных вырезных штампах) на заготовки для
последующей штамповки. Вырезке подвергают листы, ленты и фольгу толщиной
0,02...25 мм. При малой толщине листа проводят многослойную вырезку. Иногда
вырезку называют вырубкой.
Вырубка в металлообработке — операция листовой штамповки, состоящая в
получении плоских деталей в результате отделения материала от заготовки по
замкнутому контуру в вырубном штампе (например, заготовок из ленты или полосы).
Высадка в металлообработке — кузнечная операция, при которой создаются
местные утолщения на прутковых или трубных заготовках при уменьшении их длины
(частичная осадка). Высадкой получают головки болтов и заклепок, фланцы на
трубах и т. п.
Высечка — полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по
замкнутому контуру путем внедрения инструмента.
Высокие технологии (англ. high technology, нем. hoch technism — высокая
технология) — новейшие процессы технологические процессы в промышленности,
сельском хозяйстве, средствах коммуникации, медицине, финансовой и коммерческой
деятельности, образовании, бытовом обслуживании с применением передового
оборудования и инструментов, приспособлений, информационных устройств и средств
автоматики, созданных на основе наиболее значительных достижений
фундаментальной науки и результатов прикладных научных исследований. Для разработки и
внедрения высоких технологий необходимы значительные затраты на проведение
теоретических и экспериментальных научно-исследовательских и опытно-
конструкторских работ. Поэтому вместо термина высокие технологии более
обоснованным является термин наукоемкие технологии.
Высокопрочный чугун — чугун с повышенными показателями прочности.
Получают главным образом модифицированием структуры чугуна присадками магния,
кальция, цезия и др. элементов. Высокая прочность и повышенная пластичность
обеспечиваются шаровидной формой графита, а не пластинчатой, как в обычном
сером чугуне. Высокопрочный чугун применяют вместо стали для изготовления
коленчатых валов, зубчатых колес, шатунов, муфт и других деталей ответственного
назначения, а также вместо ковкого чугуна — для изготовления задних мостов
автомобилей, ступиц, картеров, фиттингов. Применение высокопрочного чугуна
позволяет снизить массу литых заготовок примерно вдвое по сравнению с массой
заготовок из ковкого чугуна.
Высокоскоростной молот — молот со скоростью ударного воздействия более
10 м/с, в котором для разгона рабочих частей используют энергию газа под
давлением. Возвратный ход осуществляется благодаря энергии рабочей жидкости или
сжатого газа (воздуха).
Высокочастотная балансировка (применительно к гибким роторам),
высокоскоростная балансировка (недопустимо), высокооборотная балансировка
(недопустимо) — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый
гибкий ротор уже не может рассматриваться как жесткий. При высокочастотной
670
балансировке частота вращения ротора близка к эксплуатационной.
Высокочастотную балансировку обычно проводят более чем в двух плоскостях коррекции.
Высота неровности профиля — сумма высот выступа профиля и глубины
сопряженной с ним впадины профиля.
Выступ профиля — часть профиля, соединяющая две соседние точки пересечения
его со средней линией профиля, направленная из тела. Часть профиля, направленная
из тела, в начале или конце базовой линии должна всегда рассматриваться как
выступ профиля.
— часть профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней
линией и направленная из тела (из материала к окружающей среде). Часть профиля,
направленная из тела, в начале или конце базовой длины, должна всегда
рассматриваться как выступ профиля. При определении количества выступов на нескольких
базовых длинах, расположенных одна за другой, выступы профиля, являющиеся
частью профиля в начале и конце каждой базовой длины, учитываются только один
раз в начале каждой базовой длины.
Вытяжка в металлообработке — 1) кузнечная операция, состоящая в увеличении
длины заготовки в результате уменьшения площади ее поперечного сечения
(вытяжка в гладких бойках называется протяжкой); осуществляется на молотах и
прессах последовательным .обжатием с поворотом заготовки на 90°; 2) операция
листовой штамповки — свертка листовой заготовки между пуансоном и матрицей в
полое изделие; 3) показатель деформации, равный отношению длин заготовки после и
до операции.
Выходной контроль — совокупность контрольно-измерительных операций,
проводимых в конце производственного процесса для выявления некондиционных или
потенциально негодных изделий и их разбраковки. К выходному контролю относят
также различные испытания изделий на надежность, а также для определения
допустимых границ изменения условий и режимов эксплуатации контролируемых
изделий.
Вязкость материала в твердом состоянии — способность материала поглощать
механическую энергию (работу) при деформировании.
Газолазерная резка — резка материалов лазерным лучом, при которой в зону резки
подается газ для удаления расплавленного материала и улучшения качества
резания. Газолазерную резку используют для резки деталей из дерева, пластмасс,
текстильных материалов, металлов, стекла, керамики и т. п.
Газопламенная обработка — технологические процессы тепловой обработки
металлов пламенем горючих газов с помощью сварочных горелок: газовая сварка и
газопрессовая сварка; наплавка стали, твердых сплавов и различных цветных
металлов; пайка, газовая резка металла; удаление дефектов наружного слоя;
термообработка изделий; напыление порошкообразных материалов и капель жидкого
металла на поверхность изделий для получения защитных и декоративных покрытий и др.
Гайка — деталь с внутренней резьбой, образующая с винтом (болтом) винтовую
пару. Крепежные гайки, навинчиваемые на болт или шпильку, составляют болтовое
соединение. Гайка ходового винта служит для сообщения поступательного
движения, например суппорту или столу в станках.
Галтовка — способ очистки деталей и отделки их поверхностей. Галтовку
проводят во вращающихся барабанах, загруженных абразивными материалами:
стальными шариками, гвоздями, шлаком, песком, пемзой и т. п. (для грубой очистки); изве-
671
стью, крокусом, кожей и т. п. (для тонкой очистки). Такую галтовку называют
сухой. Кроме сухой применяют мокрую галтовку с использованием мыльной
воды, слабых растворов щелочей или аммиачных и цианистых солей,
виброгалтовку в рабочих камерах, которым сообщают колебания в нескольких
направлениях с частотой 15...50 Гц, и гидрогалтовку в камерах с жидкостью и
металлической дробью, создающей поверхностный наклеп, повышающий прочность
деталей.
Гальванические покрытия — металлические пленки толщиной от долей мкм до
десятых долей мм, которые наносят методом электролитического осаждения на
поверхность изделий для защиты их от коррозии и механического износа,
декоративной отделки, восстановления размеров поврежденных изделий, а также для
придания поверхности специальных физических и химических свойств. Наиболее
распространены гальваническое никелирование и хромирование.
Геометрическая поверхность — идеальная поверхность, форма которой
определяется чертежом и/или любыми другими техническими документами. Термины
«идеальная геометрическая поверхность», «конструктивная форма» и «номинальная
поверхность» используются в некоторых национальных стандартах в значении
«геометрическая поверхность» как это определено выше.
Гибка — способ обработки металлов давлением, при котором заготовке или ее
части придается изогнутая форма. К гибке относят собственно гибку, или гнутье
(получение гнутых профилей), профилирование (гофрирование, изгибание), свертку
(получение сварных труб), навивку пружин, правку и т. д. Гибку осуществляют
вручную или на гибочных машинах.
Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) — гибкая производственная система,
состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных
автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование
расположено в принятой последовательности технологических операций.
Гибкая производственная система (ГПС) — совокупность (в разных сочетаниях)
оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких
производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и
системы обеспечения ее функционирования в автоматическом режиме в течение
заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки
при производстве изделий различной номенклатуры в пределах технических
характеристик технологического оборудования.
Гибкий автоматизированный завод — гибкая производственная система,
представляющая собой совокупность гибких автоматизированных цехов,
предназначенных для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства.
Гибкий автоматизированный завод может содержать также отдельно
функционирующие неавтоматизированные участки и цехи.
Гибкий автоматизированный участок — гибкая производственная система,
функционирующая в соответствии с технологическим маршрутом, в котором
предусмотрена возможность изменения последовательности использования
технологического оборудования.
Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) — гибкая производственная система,
представляющая собой совокупность (в различных сочетаниях) гибких
автоматизированных линий, роботизированных технологических линий, гибких
автоматизированных участков, роботизированных технологических участков для изготовления
изделий заданной номенклатуры.
672
Гибкий производственный комплекс (ГПК) — гибкая производственная система,
состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных
автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в
течение заданного интервала времени. ГПК можно встроить в систему более
высокой ступени автоматизации.
Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического
оборудования для изготовления изделий производственной номенклатуры (с
установленным пределом значений их характеристик). ГПМ оснащена программным
управлением, функционирует автономно, осуществляя автоматически все функции,
связанные с производством изделий; может быть встроен в гибкую производственную
систему.
Гибкое автоматизированное производство (ГАП) — производственная система,
состоящая из одного или нескольких гибких производственных комплексов,
объединенных автоматизированной системой управления производством и
автоматизированной транспортно-складской системой, обеспечивающая быстрый переход на
изготовление новых изделий с помощью ряда автоматизированных систем:
проектирования (САПР), технологической подготовки производства (АСТПП),
управления предприятием (АСУП), инструментального обеспечения (АСИО), контроля
(САК), удаления отходов (АСУО) и др.
Гидравлический ковочно-штамповочный молот, гидравлический молот — ко-
вочно-штамповочный молот, рабочие части которого приводятся в действие
рабочей жидкостью.
Гидравлический ковочно-штамповочный пресс, гидравлический пресс — ковочно-
штамповочный пресс, в котором преобразование движения и передачу усилия от
привода к ползуну или подвижной траверсе осуществляют с помощью рабочей
жидкости.
Гидравлический молот — машина ударного действия, в которой энергоносителем
является жидкость, находящаяся под давлением. Гидравлический молот применяют
для ковки, штамповки и других операций.
Гидравлический пресс — пресс, деформирующее усилие которого создается
энергией сжатия рабочей жидкости (минерального масла или водной эмульсии),
поступающей из гидравлического привода.
Гидровинтовой пресс — винтовой пресс с приводом исполнительного механизма
от гидродвигателя линейного (гидроцилиндра) или вращательного (гидромотор)
движения.
Гидростатическое прессование, гидроэкструзия — процесс обработки металлов
давлением, при котором заготовка, помещенная в замкнутый контейнер,
выдавливается через канал матрицы жидкостью под давлением. Применяется для получения
металлургических полуфабрикатов (проволоки, прутков и профилей из трудноде-
формируемых и тугоплавких металлов) или заготовок для металлорежущего
инструмента (сверл, метчиков, разверток и т. д.).
Гипотеза — предположение, утверждение, требующее доказательства.
Гитара станка — узел металлорежущего станка для уменьшения или увеличения,
например, скорости подачи или частоты вращения шпинделя. На валах гитары
устанавливают сменные зубчатые колеса, подбор которых расширяет возможности
регулирования скорости движения.
Главная составляющая силы резания — составляющая силы резания,
совпадающая по направлению со скоростью главного движения резания в вершине лезвия.
22 Технология машиностроения
673
Главное движение резания, главное движение — прямолинейное поступательное
или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с
наибольшей скоростью в процессе резания. Главное движение резания может
входить в состав сложного формообразующего движения, например, при точении резьбы.
Глубокая очистка материалов — технологический процесс удаления вредных
примесей из материала. Глубокая очистка материалов состоит в разделении смеси
веществ, какой являются практически все природные и искусственные материалы, и
выделения нужного вещества. Методы глубокой очистки материалов по природе
лежащего в их основе явления или эффекта можно разделить на химические и
физико-химические. К химическим методам, используемым наиболее часто при
глубокой очистке практически всех материалов (веществ), относятся окислительно-
восстановительные реакции, осаждение и соосаждение, химические транспортные
реакции, основанные на различии в константах равновесия или константах скорости
реакции основного вещества и примеси с третьим компонентом.
К физико-химическим методам глубокой очистки материалов относятся:
дистилляция (наиболее эффективна для веществ I группы и некоторых металлов) —
простая перегонка, молекулярная дистилляция, ректификация, основанная на
различии в составе равновесных жидкости и пара; сублимация (для веществ с тройной
точкой, лежащей выше температуры кипения), основанная на различии в составе
равновесных кристалла и пара; кристаллизация из расплава (все вещества),
основанная на различии в составе равновесных кристаллов и расплава; кристаллизация
из раствора, основанная на различии в составе равновесных кристаллов и раствора;
экстракция, основанная на различии в растворимости примеси и очищаемого
вещества в 2-х несмешиваемых жидких фазах, а также способы: адсорбционные (в том
числе хроматографические), ионообменные, электрохимические и др. Глубокая
очистка материалов от различных по своим физико-химическим свойствам
невозможна при использовании только одного из указанных методов. Обычно для этого
применяют несколько различных методов.
Гранульная металлургия — получение конструкционных металлических
материалов изостатическим прессованием при высоких давлениях (компактированием)
мельчайших частиц сплавов определенного химического состава (гранул),
закристаллизовавшихся с высокой скоростью. Гранульная металлургия — одно из
перспективных направлений порошковой металлургии.
Графитизация чугуна — образование графита в белом чугуне, сопровождающееся
частичным или полным разложением цементита.
Графитизированная сталь — сталь с высоким содержанием углерода (1... 1,5 %) и
кремния (0,8... 1,4 %). Графитизированная сталь содержит положительные свойства
стали и чугуна. Применяют графитизированную сталь для изготовления штампов,
подшипников, коленчатых валов и других деталей машин.
Гребенка в технике — 1) зуборезная гребенка — инструмент в виде зубчатой рейки
для нарезания зубчатых колес на зубообрабатывающих станках методом обкатки
(огибания); 2) резьбовая гребенка — многониточный резьбовой резец для нарезания
за один проход наружной или внутренней резьб. Материал режущей части гребенки —
быстрорежущая сталь или другие твердые сплавы.
Групповая обработка — метод обработки деталей машин, в основу которого
положены конструктивно-технологические признаки типичной детали —
представителя данной группы. По этой детали проектируют технологический
процесс обработки, являющийся общим для всей группы деталей. Групповая обра-
674
ботка ускоряет подготовку производства и наладку при обработке деталей, т. е.
способствует повышению производительности труда и снижению себестоимости
продукции.
Групповая организация производства — форма организации производства,
характеризующаяся совместным изготовлением или ремонтом групп изделий различной
конфигурации на специализированных рабочих местах. Групповая организация
производства может быть поточной или непоточной.
Групповая технологическая операция, групповая операция — технологическая
операция совместного изготовления группы с разными конструктивными, но
общего технологическими признаками.
Групповое производство — производство, характеризующееся совместным
изготовлением или ремонтом групп изделий с разными конструктивными, но общими
технологическими признаками.
Групповой технологический процесс, групповой процесс — технологический
процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими
технологическими признаками.
Движение подачи, подача (недопустимо) — прямолинейное поступательное
движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости
главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить
отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Под обрабатываемой
поверхностью понимают поверхность заготовки, которая частично или полностью
удаляется при обработке. Под обработанной поверхностью понимают поверхность,
образованную на заготовке в результате обработки. Движение подачи может быть
непрерывным или прерывистым. Прерывистое движение подачи может
происходить в перерывах процесса резания. Движение подачи может входить в состав
сложного формообразующего движения, например, при шлифовании резьбы. В
зависимости от направления движения подачи различают следующие движения
подачи: продольное, поперечное и др.
Движение резания — движение, образованное из одновременного главного
движения и подачи.
Двойная направляющая база — база, используемая для наложения на заготовку или
изделие связей, лишающих их четырех степеней свободы — перемещений вдоль двух
координатных осей и поворотов вокруг этих осей.
Двойная опорная база — база, используемая для наложения на заготовку или
изделие связей, лишающих их двух степеней свободы — перемещений вдоль двух
координатных осей.
Действительная база — база, фактически используемая в конструкции, при
изготовлении, эксплуатации или ремонте изделия.
Действительное отклонение — алгебраическая разность между действительным
и номинальным размерами.
Делительная головка — приспособление металлорежущих станков
(преимущественно фрезерных) для поворота обрабатываемой заготовки на определенный угол. С
помощью делительной головки фрезеруют впадины между зубьями зубчатых колес
и режущих инструментов, обрабатывают многогранники и т. п. Различают
механические и оптические делительные головки.
Деталь (от франц. detail, буквально — подробность) — изделие, изготовленное из
однородного материала без применения сборочных операций или с их применением
675
(например, с применением пайки, склейки, сварки и т. д.), а также изделие, на которое
нанесено какое-либо покрытие.
Дефект — несоответствие объекта какому-либо из требований нормативно-
технической и (или) конструкторской документации. Дефект может быть явным
(обнаруженным до начала эксплуатации) или скрытым (не обнаруженным до начала
эксплуатации).
Дефектное изделие — изделие, имеющее хотя бы один дефект.
Дефектоскоп (от лат. defectus — недостаток и ...скоп) — прибор для выявления
дефектов (трещин, расслоений и т. д.) в материалах и изделиях методами неразру-
шающего контроля.
Дефекты металлов — отклонение от предусмотренного техническими условиями
качества металла по химическому составу, структуре, сплошности, состоянию
поверхности, механическим и другим свойствам. Дефекты металлов возникают из-за
несовершенства или нарушения технологии процессов при плавлении металла и
получении отливок (неметаллические включения, шлаковины, усадочная
пористость, раковины, газовая пористость и т. д.), при обработке давлением (расслоения,
заковы, закаты, волосовины, флокены и т. д.), при термической, химико-
термической, электрохимической и механической обработке (трещины, прижоги,
обезуглероживание и т. д.), при сварке, пайке, склепывании (непровар, непропай,
трещины, коррозия и т. д.).
Диагностика — контроль и прогнозирование функционального состояния
технических систем. Целью диагностики является обнаружение неисправностей
технических систем и выявление тех их элементов, ненормальное функционирование
которых привело (или может привести) к возникновению неисправностей. Результатом
диагностики является заключение о техническом состоянии объекта с указанием
(при необходимости) места, вида и причины дефекта.
Диалоговый режим — способ работы человека с ЭВМ, когда человек задает ЭВМ
вопрос и за короткое время получает ответ. Диалоговый режим эффективно
используют при работе с системами представления знаний в ЭВМ (например, в
экспертных системах, системах автоматизированного проектирования и т. д.).
Дисковый режущий инструмент — режущий инструмент в форме тела вращения,
осевая длина которого меньше его диаметра.
Длина оценки — длина, на которой оцениваются значения параметров
шероховатости. Она может содержать одну или несколько базовых длин.
Доводка — окончательная обработка деталей или инструментов после их чистовой
(обычно абразивной) обработки для получения точных размеров и малой
шероховатости поверхностей. Доводку делают притирками на доводочных станках или
вручную; применяют абразивные пасты и смачивающие жидкости.
Доводочный станок — станок для доводки поверхности детали. Универсальный
доводочный станок снабжен двумя плоскими чугунными дисками (притирами),
между которыми в деталедержателе помещаются детали. Доводку проводят
мелкозернистым абразивным порошком или пастой со смачивающей жидкостью. К
специализированным доводочным станкам относятся станки для доводки отдельных
деталей, например шеек коленчатых валов, кулачков распределительных валов,
клапанов, концевых мер, резцов, калибров и др.
Долбежная операция — операция, выполняемая на станках долбежной группы.
Долбежный станок — металлорежущий станок строгального типа с вертикальным
возвратно-поступательным движением резца и прямолинейным периодическим
676
движением подачи, совершаемым изделием (установленным на столе). Некоторые
долбежные станки имеют круглые столы, сообщающие изделию вращательное
периодическое движение подачи. Долбежные станки применяют для обработки
труднодоступных наружных и внутренних поверхностей, пазов и канавок (в том числе
несковзных) любых профилей. В деревообработке долбежный станок — станок для
выборки прямоугольных и овальных пазов и отверстий с помощью фрезерных
цепочек, полых долот или плоских резцов.
Долбление — способ обработки металлов и древесных материалов резанием на
долбежных станках. В процессе долбления долбежный резец (или долбяк) обычно
совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости, а
обрабатываемая заготовка — движение подачи. Долблением получают канавки,
шпоночные пазы, фасонные отверстия, фаски, прорези и т. п.
Долбяк — металлорежущий инструмент для нарезания зубьев прямозубых и косо-
зубых зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления, зубчатых венцов
шевронных колес с канавкой и без нее, зубчатых колес блоков и зубчатых реек. Долбяк
имеет форму зубчатого колеса, снабженного режущими элементами с
соответствующей заточкой. Изготовляют долбяк из быстрорежущей стали.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до
наступления предельного состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонта.
Дополнительный показатель механизации технологических процессов,
дополнительный показатель механизации — показатель механизации технологических
процессов для анализа качества механизации на определенном этапе ее проведения,
установленный в технической документации.
Допуск — разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или
абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним
отклонениями.
Допуск параллельности — наибольшее допустимое значение отклонения от
параллелизма.
Допуск посадки — разность между наибольшим и наименьшим зазорами (в посадках с
зазором) или наибольшим и наименьшим натягами (в посадках с натягом). В
переходных посадках допуск посадки равен алгебраической разности между наибольшим и
наименьшим натягами или сумме наибольшего натяга и наибольшего зазора.
Допуск припуска — разность между наибольшими и наименьшими размерами
припуска.
Допуск размера — разность между наибольшим и наименьшим предельными
размерами.
Допуск формы — наибольшее допускаемое значение отклонения формы.
Допустимый износ (англ. permissible wear) — износ изделия, при котором оно
сохраняет свою работоспособность. Допустимый износ меньше предельного.
Дорн — 1) инструмент в виде стального или твердосплавного стержня для дорнова-
ния; 2) часть нагревательного инструмента, служащая для оплавления и прогрева
внутренней поверхности раструба соединительной детали (например, муфты) или
трубы при сварке враструб.
Дорнование, дорнирование (от нем. Dorn — металлический шип, дорн) — продавлива-
ние с некоторым натягом стального стержня (дорна) или шарика через
предварительно обработанное отверстие с целью калибрования, упрочения и уменьшения
шероховатости поверхностей, образующих отверстия в деталях.
677
Дробеочистка — 1) очистка деталей, главным образом отливок, струей стальной,
чугунной или алюминиевой дроби. Дробеочистку проводят из дробеметных
аппаратов в очистных барабанах, камерах и на очистных столах. При дробеочистке также
упрочняется поверхность детали в результате наклепа; 2) очистка поверхностей
нагрева котельных агрегатов от золы периодически падающей дробью, хранящейся в
контейнерах, которые расположены над конвективной шахтой.
Единая система конструкторской документации (ЕСКД) — комплекс
государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения по
порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации,
разрабатываемой и применяемой организациями и предприятиями нашей страны.
Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП) —
система организации и управления технологической подготовкой производства,
регламентированная государственными стандартами. ЕСТПП предусматривает
широкое применение прогрессивных технологических процессов, технологической
оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации
производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
Функционирование ЕСТПП в соответствии с ее назначением обеспечивается комплексным
применением стандартов ЕСТПП, отраслевых стандартов и стандартов
предприятий, конкретизирующих и развивающих отдельные правила и положения ЕСТПП
применительно к специфике отрасли или предприятия, а также нормативно-
технической и методической документации на методы и средства
технологической подготовки производства.
Единица допуска — множитель в формулах (уравнениях) допусков системы,
являющейся функцией номинального размера. Единица допуска, отражая влияние
технологических, конструктивных и метрологических факторов, выражает
зависимость допуска от номинального размера, ограниченного допуском, и является
мерой точности.
На основании исследований и систематизации опыта механической обработки
единица допуска i (мкм) для размеров 1...500 мм (для квалитетов 5-17) определяется
зависимостью i = 0,45>/£> + 0,00Ш; для размеров 500...10000 мм i = 0,004£> + 2,1,
где D — среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала, мм.
Единица нормирования — количество производственных объектов или число
работающих, на которое устанавливается техническая норма. Под технической
нормой понимается количество деталей, на которое устанавливается норма времени;
количество изделий, на которое устанавливается норма расхода материала; число
рабочих, на которое устанавливается норма выработки и т. д.
Единичная автоматизация технологических процессов, единичная
автоматизация — частичная или полная автоматизация одной первичной составной части
технологического или системы технологических процессов, включая управление.
Единичная механизация технологических процессов, единичная механизация —
частичная или полная механизация одной первичной составной части
технологического или системы технологических процессов, исключая (включая) управление.
Содержание первичной части определяется первым делением объекта механизации
на составные части, например, для системы технологических процессов первичными
составными частями являются отдельные технологические процессы, для
технологических процессов — технологические операции, для технологических операций —
технологические и вспомогательные переходы и т. д.
678
Единичное производство — тип производства, характеризующийся единичным
(штучным) изготовлением продукции разнообразной и непостоянной
номенклатуры. К единичному производству относятся заводы, предприятия, производящие кр.
турбины, суда, металлургическое, горное оборудование и др.
Единичный диаметр отверстия — расстояние между двумя параллельными
линиями, касательными к контуру пересечения действительной поверхности
отверстия и радиальной плоскости.
Единичный диаметр отверстия (наружной цилиндрической поверхности) —
расстояние между двумя произвольно расположенными в радиальной плоскости
параллельными линиями, касательными к контуру единичного сечения отверстия
(наружной цилиндрической поверхности).
Единичный технологический процесс, единичный процесс, специальный
технологический процесс (недопустимо) — технологический процесс изготовления или
ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от
типа производства.
Жесткость — способность тела или конструкции сопротивляться деформации.
При простых деформациях в пределах закона Гука жесткость определяется как
произведение модуля упругости на ту или иную геометрическую характеристику
поперечного сжатия элемента (площадь сечения при растяжении-сжатии и сдвиге,
осевой момент инерции при изгибе и т. д.). Величина, обратная жесткости, называется
податливостью. В авиационной и ракетной технике часто оценивают удельную
жесткость — отношение жесткости к плотности материала.
Зависимый допуск расположения или формы — переменный допуск
расположения или формы, минимальное значение которого указывается в чертеже или
технических требованиях и которое допускается превышать на величину,
соответствующую отклонению действительного размера прилегающего рассматриваемого и
(или) базового элемента данной детали от проходного предела (наибольшего
предельного размера вала или наименьшего предельного размера отверстия).
Завод — промышленное предприятие с механизированными процессами
производства, изготовляющее преимущественно средства производства.
Завод-автомат — предприятие, на котором все производственные процессы
(подготовка производства, технологические процессы, контроль качества продукции и
т. п.) автоматизированы. Гибкое автоматизированное производство с центральной
управляющей ЭВМ и системами управления обработки заготовок, их
складирования и транспортирования, переработки отходов. На заводах-автоматах
изготовляются различные функциональные узлы, детали машин и приборов без
непосредственного участия человека. Основная задача обслуживающего персонала — общее
управление и наблюдение за работой производственного оборудования, ремонт и
наладка станков-автоматов, автоматических линий и автоматизированных
агрегатов. Создание завода-автомата — завершающий этап автоматизации производства.
Заготовительные цехи — цехи (или участки) промышленного предприятия,
изготавливающие заготовки, обрабатываемые в цехах основного производства.
Заготовка — это предмет труда, из которого изменением формы, размеров,
физико-химических свойств поверхности и (или) материала изготавливается деталь; при
этом исходной называют заготовку перед первой технологической операцией. На
практике широко применяют исходные штампованные заготовки, поковки и отлив-
679
ки (изделия или заготовки, получаемые соответственно технологическими
методами штамповки, ковки или литья).
Загрузка — обеспечение станка или какого-либо оборудования заготовками или
материалом для работы в течение определенного периода.
Задача технологической подготовки производства, задача ТПП — законченная
часть работ в составе определенной функции технологической подготовки
производства.
Задир — повреждение поверхности трения в виде широких и глубоких борозд в
направлении скольжения.
Задний угол — угол в секущей плоскости между задней поверхностью лезвия и
плоскостью резания.
Задняя поверхность — поверхность или совокупность поверхностей, которые
обращены к поверхности обрабатываемой детали в процессе резания. Если задняя
поверхность состоит из совокупности поверхностей, расположенных под углом друг к
другу, то они обозначаются как первая задняя поверхность, вторая задняя
поверхность и т. п., начиная с режущей кромки. Эти поверхности могут называться
фасками, если не указано особо, считается, что они соединены с главной режущей
кромкой. В тех случаях, где необходимо различать поверхности, соединенные с главной
и вспомогательной режущей кромкой, часть задней поверхности, которая
пересекает переднюю поверхность для образования главной режущей кромки, называется
главной задней поверхностью, а та часть задней поверхности, которая пересекает
переднюю поверхность для образования вспомогательной режущей кромки,
называется вспомогательной задней поверхностью.
Зазор для тел вращения — положительная разность между соответствующими
размерами охватывающей (отверстия) и охватываемой (вала) деталей. Различают
зазоры: наибольший, наименьший, средний, допустимый и действительный.
Закалка — вид термической обработки металлов и их сплавов (нагрев, а затем
быстрое охлаждение), после которого материал находится в так называемом
неравновесном структурном состоянии, не свойственном данному веществу при
нормальной температуре (20 °С). Закалка стали, например, приводит к получению в ее
структуре мартенсита, характеризующегося высокой твердостью.
Заливка снизу, сифонная заливка (недопустимо) — машинная заливка литейной
формы, осуществляемая снизу под механическим или пневматическим давлением.
Затачивание, заточка — операция, обеспечивающая получение инструмента с
оптимальной геометрией режущей части; заключительная операция при производстве
нового инструмента и повторяющаяся после затупления режущей части в
результате эксплуатации для восстановления режущих свойств. Для заточки используют
универсальные и специальные заточные станки, а также применяют
электрохимические и электрофизические методы обработки.
Заточка — шлифование поверхности режущей части инструмента.
Заточный станок — станок шлифовальной группы для затачивания режущих
инструментов абразивными (в том числе алмазными) шлифовальными кругами.
Наиболее распространены специализированные заточные станки для заточки резцов,
сверл, многолезвийных режущих инструментов (фрез, зенкеров, разверток,
дисковых пил, метчиков и др.). Применяются также заточные станки для безабразивного
затачивания (анодно-механические, электроискровые и ультразвуковые).
Затылование — метод обработки криволинейных задних поверхностей (затылков)
многолезвийных режущих инструментов с фасонным профилем зуба для сохране-
680
ния профиля инструмента при переточках по передним поверхностям зубьев и
обеспечения постоянства заднего угла. Затылование осуществляют на затыловоч-
ных станках.
Затыловочный станок — станок токарной группы для затылования режущих
инструментов — червячных, дисковых, фасонных фрез, метчиков и др.
Зачистка — удаление припусков или остатков облоя снятием стружки для
получения поверхности с малой шероховатостью и повышения точности детали.
Зенкер (нем. Senker) — многолезвийный режущий инструмент для зенкерования
цилиндрических отверстий в металлических, пластмассовых и других деталях.
Различают зенкеры гладкие для обработки гладких сквозных отверстий и зенкеры для
ступенчатых отверстий, монолитные и сборные (из сменных режущих частей и
корпуса), с хвостовиком и насадные.
Зенкерование — обработка отверстий, получаемых сверлением, растачиванием,
штамповкой или литьем, для увеличения их диаметра или (в некоторых случаях)
уменьшения шероховатости поверхности. Осуществляется зенкером на
сверлильных, револьверных и расточных станках.
Зенкование (от нем. senken — углублять) — обработка деталей с целью получения
конических или цилиндрических углублений, опорных плоскостей вокруг
отверстий, снятия фасок центровочными сверлами и зенковками в единичном и
мелкосерийном производстве на сверлильных станках, а в крупносерийном и массовом — на
специальных центровочных.
Зенковка — осевой многолезвийный инструмент для обработки конического
входного участка отверстия.
Зона обработки — пространство, в котором размещены инструмент для обработки
изделия и приспособления для его крепления.
Зона обслуживания промышленного робота — пространство, в котором рабочий
орган выполняет свои функции в соответствии с назначением промышленного
робота и установленными значениями их характеристик.
Зона разгрузки — пространство в рабочей зоне технологического оборудования, где
разгружаются изделия после их обработки или контроля.
Зубодолбление (англ. gear shaping) — строгание зубьев инструментом в виде
зубчатого колеса, контур торца зубчатого венца которого служит режущей кромкой.
Зубонарезание (англ. gear cutting) — обработка резанием, заключающаяся в
образовании зубьев.
Зубообрабатывающие станки — металлорежущие станки для обработки зубьев
зубчатых колес. В зависимости от вида колес, способа обработки и применяемого
инструмента различают: универсальные зубофрезерные станки для нарезания
прямозубых и косозубых цилиндрических колес наружного зацепления, а также червячных
колес; зубофрезерные станки для нарезания конических колес с прямыми зубьями;
зубодолбежные станки для нарезания цилиндрических колес наружного и
внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями, оборудованные долбяком,
совершающим возвратно-поступательное перемещение и вращение, согласованное с
вращательным движением заготовки; зубодолбежные станки, работающие
зуборезной гребенкой; зубострогальные станки для нарезания прямозубых конических
колес специальными резцами; зуборезные станки для изготовления конических колес
с криволинейными (круговыми) зубьями зуборезной резцовой головкой; зубозак-
ругляющие станки для закругления торцов зубьев; зубошевинговальные станки для
шевингования цилиндрических и червячных колес; зубошлифовальные станки для
681
шлифования рабочих поверхностей зубьев абразивными кругами; зубонакатные
станки для холодного и горячего накатывания зубьев методом пластического
деформирования (для формообразования и упрочения); зубопритирочные станки для
чистовой отделки зубьев.
Зуборезный инструмент — инструмент для изготовления зубьев зубчатых и
червячных колес, червяков, зубчатых реек и т. п. Простейший зуборезный инструмент —
фреза, применяемая для обработки методами копирования и обкатывания зубчатых
колес, шлицевых валов, реек и т. п. Для нарезания цилиндрических зубчатых колес
методом обкатывания служат также зуборезные гребенки и долбяк; конических
зубчатых колес — резцы и резцовые головки. Чистовую обработку зубьев проводят
шеверами и шлифовальными кругами.
Зубчатая передача— трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена
являются зубчатыми колесами (или колесом и рейкой, червяком), образующими с
неподвижным звеном (корпусом, стойкой) вращательную или поступательную пару.
Различают зубчатые передачи: цилиндрические, конические, гипоидные, волновые и др.
Зубчатое колесо — звено зубчатого механизма, имеющее замкнутую систему
зубьев и обеспечивающее непрерывное движение другого зубчатого колеса.
Изделие — предмет производства данного предприятия по окончании
технологического цикла.
Измерительная база — база, используемая для определения относительного
положения заготовки или изделия и средств измерения.
Изнашивание — постепенное изменение размеров деталей машин (механизмов,
приспособлений), обусловленное удалением материала с поверхности в результате
трения в местах подвижных сопряжений детали, а также трения частей машин об
обрабатываемый материал.
Износ — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах длины,
объема, массы и др.
Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в
определенных условиях трения, оцениваемое показателем износостойкости —
величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.
Износостойкость материала — свойство материала оказывать сопротивление
изнашиванию в определенных условиях.
Изотермический отжиг — вид отжига стали и чугуна, заключающийся в нагреве
изделия до аустенитного состояния, выдержке при такой температуре, охлаждении
примерно до 600...700 °С, новой выдержке до окончания распада аустенита, а затем
охлаждении до комнатной температуры.
Инструмент (от лат. instrumentum — орудие) — 1) техническое устройство,
используемое в качестве орудия труда для непосредственного изменения состояния
материала, изделия или для определения их свойства, а также для установки других
инструментов в рабочую машину; 2) технологическая оснастка, предназначенная
для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния.
Инструментальная главная секущая поверхность — координатная плоскость,
перпендикулярная линии пересечения инструментальных основной плоскости и
плоскости резания.
Инструментальная головка — сборный режущий инструмент, в котором
предусмотрена регулировка размера рабочей части путем перемещения ножей или
абразивных брусков.
682
Инструментальная плоскость резания — координатная плоскость, касательная к
режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная инструментальной
основной плоскости.
Инструментальная система координат, ИСК — прямоугольная система
координат с началом в вершине лезвия, ориентированная относительно геометрических
элементов режущего инструмента, принятых за базу. Инструментальная система
координат применяется для изготовления и контроля инструмента.
Инструментальная сталь — углеродистая (содержит 0,6... 1,3 % С) или легированная
сталь с высокими твердостью и красностойкостью. Инструментальную сталь
используют для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов, а также
деталей машин, испытывающих повышенное изнашивание при умеренных динамических
нагрузках. Разновидность инструментальной стали — быстрорежущая сталь.
Ионное легирование, ионная имплантация — введение легирующих примесей в
твердое тело, осуществляемое посредством бомбардировки его ионами примесного
вещества. Ионное легирование применяют во многих областях техники (например,
в машиностроении для улучшения антикоррозионной стойкости и упрочения
поверхностных слоев металлических деталей). При ионном легировании ионы
примеси, ускоренные до энергий 104...106 эВ, проникают в твердое тело и тормозятся в
нем в результате многократных соударений с атомами легируемого вещества.
Изменяя энергию ускорения ионов, можно создавать р — и-переходы в легируемом
образце на различной глубине. При этом в образце могут появиться структурные
дефекты, накопление которых может привести к аморфизации приповерхностных
слоев. Применяя термообработку (в том числе импульсную термическую
обработку), частично восстанавливают структуру вещества, одновременно электрически
активируя внедренную примесь. Ионное легирование осуществляют в ионно-
лучевых установках (ИЛУ) в условиях высокого вакуума (10~3... 10^* Па).
По сравнению с методом диффузии ионное легирование имеет ряд
преимуществ: появляется возможность в более широких пределах и с большей точностью
варьировать поверхностную концентрацию примесей; можно вести процесс при
более низких температурах; допускается больший выбор легирующих примесей;
можно получать разнообразные по форме примесные распределения с четкими
границами областей легирования; обеспечивает большую чистоту внедряемых
примесей и возможность локального легирования (либо узким ионным пучком, либо с
помощью защитных масок).
Исследование теоретическое — исследование, связанное с совершенствованием и
развитием понятийного аппарата науки и направленное на всестороннее познание
объективной реальности в ее существенных связях и закономерностях.
Исследование эмпирическое — исследование, направленное на объект и
опирающееся на данные наблюдения и эксперимента.
Калибр в метрологии — бесшкальный измерительный инструмент для контроля
размеров, формы и взаимного расположения частей изделий. Различают калибры
жесткие и устанавливаемые на необходимый размер. Наиболее распространены 2-
сторонние предельные калибры-пробки для проверки отверстий и калибры-скобы
для проверки цилиндрических деталей. Стандартные калибры также широко
применяются для контроля конусов и конических втулок, внутренней и внешней
резьбы, выступов, впадин, радиусов закруглений и т. д. Для проверки сложных
профилей служат профильные калибры или шаблоны.
683
Калиброванная сталь, калиброванные прутки — горячекатаная сортовая сталь,
подвергнутая дополнительной обработке холодным волочением с небольшими
обжатиями. Для малопластичных материалов применяют теплое волочение.
Калиброванные прутки отличаются более точными размерами профиля, гладкой
поверхностью, иногда более высокими физико-механическими свойствами, имеют обычно
круглое сечение, иногда квадратное, шестигранное и др.; длина 6... 15 м.
Калибровка — повышение точности размеров штампованной заготовки и
уменьшение шероховатости ее поверхности.
Калибрующий зуб лезвийного инструмента, калибрующий зуб — зуб лезвийного
инструмента для удаления с заготовки слоя материала, оставшегося после удаления
режущими зубьями слоя припуска вследствие упругой деформации заготовки,
инструмента, приспособления и станка.
Калибрующий участок лезвийного инструмента, калибрующий участок —
участок рабочей части лезвийного инструмента, содержащий калибрующие зубья и
выглаживатели.
Касательная составляющая силы резания, тангенциальная составляющая силы
резания (недопустимо) — главная составляющая силы резания при вращательном
главном движении.
Категория автоматизации технологических процессов, категория
автоматизации — качественная характеристика состояния автоматизации технологических
процессов или их систем, определяемая интервалом значений основного показателя
автоматизации, установленным в нормативно-технической документации.
Качественная сталь — по принятой классификации категория стали, к
изготовлению которой предъявляются более жесткие технические требования, чем к стали
обыкновенного качества. Последнюю качественная сталь превосходит по
однородности строения, по чистоте (меньше серы и фосфора, неметаллических включений,
газов), по общему уровню механических свойств. Кроме качественной стали и стали
обыкновенного качества, стандарты различают высококачественную и особо
высококачественную стали, к которым предъявляются еще более жесткие требования по
чистоте (главным образом по содержанию серы и фосфора).
Качество автоматизации технологического процесса, качество автоматизации
процесса — совокупность свойств автоматизации технологического процесса,
определяющая ее пригодность для заданного технологического процесса. Свойства
автоматизации технологического процесса характеризуются значениями
параметров средств технологического оснащения и трудозатрат людей после выполнения
автоматизации.
Качество деятельности оператора системы человек-машина, качество
деятельности — совокупность свойств деятельности оператора СЧМ,
обусловливающих ее выполнение в конкретных условиях.
Качество механизации технологического процесса, качество механизации
процесса — совокупность свойств механизации технологического процесса,
определяющая ее пригодность для заданного технологического процесса.
Качество поверхности деталей машин — комплексный показатель, определяемый
следующими характеристиками детали: макрогеометрией (отклонение формы на
больших участках поверхности), шероховатостью поверхности (микрогеометрия),
волнистостью поверхности, состоянием поверхностного слоя. Физико-химические
свойства характеризуются в основном остаточными (внутренними) напряжениями,
микротвердостью и микроструктурой. От качества поверхности в значительной сте-
684
пени зависят такие эксплуатационные показатели деталей машин, как коэффициент
трения, износостойкость, коррозионная стойкость, прочность, а также
герметичность и прочность соединений, прочность покрытий и др.
Качество продукции — совокупность технических, эксплуатационных,
экономических и других свойств, обусловливающих ее пригодность для удовлетворения
определенных личных и общественных потребностей. Требования к качеству продукции
постоянно возрастают под влиянием развития науки и техники, совершенствования
производства, непрерывного роста потребностей общества, а также значительного
расширения международных научно-технических и экономических связей,
углубления международной специализации и кооперирования. Повышение качества
продукции — существенное слагаемое интенсификации производства.
Качество технологического процесса сборки (assembling process quality) —
совокупность свойств технологического процесса сборки, обусловливающих его
пригодность обеспечивать требуемое качество изделий и выполнение программы их
выпуска без превышения установленных затрат.
Квалитет (от лат. qulitas — качество) — характеристика точности изготовления
изделия (детали), определяющая значения допусков на изготовление, а
следовательно, и соответствующие методы и средства обработки и контроля. В
применяемой в нашей стране системе «вал — отверстие» (термины «вал» и «отверстие»
относятся не только к цилиндрическим деталям, но и к деталям другой формы,
например, ограниченным двумя параллельными поверхностями) Единой системе
допусков и посадок (ЕСДП), основанной на системе ИСО, для размеров от 1 до
10000 мм установлено 19 квалитетов. Под каждым из них понимают совокупность
допусков, обеспечивающих постоянную относительную точность для определения
диапазона номинальных размеров (например, от 1 до 500 мм); точность в пределах
одного квалитета изменяется только в зависимости от номинального размера.
Обозначения квалитетов: /7D1, /7D, 1Т\, ..., 1Т\1 — в порядке возрастания допуска на
номинальный размер. Квалитеты IT0-IT4 применяются для концевых мер длины,
калибров, особо точных изделий. Квалитеты заменяют применявшиеся ранее
классы точности. Для резьбовых соединений, зубчатых передач пользуются термином
«степень точности».
Классификация — один из начальных методов познания, установление иерархии
отношений близких понятий, явлений, объектов и т. д.
Классы точности в машиностроении — применяются для характеристики средств
измерения, подшипников качения и резьбы.
Класс точности средства измерений характеризует свойства средства, но не
является показателем точности выполняемых измерений, поскольку при определении
погрешности измерения необходимо учитывать погрешности метода, настройки и
др. Для подшипников качения установлено пять классов точности: 0; 6; 5; 4; 2 в
порядке повышения точности. Для большинства механизмов общего назначения
применяют подшипники класса точности 0. В прецезионных приборах и машинах
используют подшипники класса 2. Для метрических резьб установлено три класса
точности: точный, средний и грубый.
Ковка, свободная ковка (недопустимо) — обработка металлов давлением местным
приложением деформирующих нагрузок с помощью универсального подкладного
инструмента или бойков.
Ковкость — способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам
обработки давлением — прокатке, волочению, прессованию, штамповке. Ковкость
685
характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации. У ковких металлов
относительно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформации.
Ковочный комплекс — комплекс оборудования в составе ковочного пресса или
молота и манипулятора, управляемых вручную с одного пульта или автоматически
по определенной программе.
Ковочный молот — молот для получения заготовок методом ковки из металла с
помощью универсальных плоских или вырезных бойков, а также подкладных штампов.
Ковочный пресс — вертикальный пресс с гидравлическим приводом для
изготовления поковок из слитков и сортового проката ковкой (свободным
формообразованием) с помощью универсальных плоских или вырезных бойков и приспособлений, а
также подкладных штампов.
Колесо — зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев. При одинаковом
числе зубьев зубчатых колес передачи колесом называется ведомое зубчатое колесо.
Комбинированный инструмент — инструмент, позволяющий выполнять
последовательно две операции или более (например, пассатижи, у которых, кроме плоских
зажимных и круглых губок, имеются ножницы для резки проволоки).
Комплексная автоматизация — автоматизация производства, при которой
автоматизируются все основные производственные (в том числе и транспортные)
функции предприятия, хозяйства, службы. При комплексной автоматизации участок,
цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный
автоматизированный комплекс; функции человека при этом ограничиваются главным
образом общим контролем и управлением работой комплекса.
Комплексная автоматизация технологических процессов, комплексная
автоматизация — частичная или полная автоматизация двух или более первичных
составных частей технологического процесса или системы технологических процессов,
включая управление.
Комплексная жесткость — отношение амплитуды гармонической вынуждающей
силы к комплексной амплитуде перемещения при гармонической вынужденной
вибрации линейной системы.
Комплексная механизация — применение машин и механизмов всех основных и
вспомогательных работ, выполняемых в ходе производственных процессов. При
этом средства механизации взаимно увязаны по главному конструктивному
параметру и производительности. Комплексная механизация существенно повышает
производительность труда.
Комплексная механизация производственных процессов, комплексная
механизация — частичная или полная механизация двух или более первичных составных
частей технологического процесса или системы технологических процессов,
исключая (включая) управление.
Комплексная погрешность — погрешность одного из функциональных
параметров зубчатого колеса, рейки или передачи (кинематическая погрешность,
циклическая погрешность или пятно контакта).
Комплексная податливость — величина, обратная комплексной жесткости.
Комплексный показатель технологичности конструкции изделий, комплексный
показатель технологичности — показатель технологичности, характеризующий
несколько входящих в нее частных или комплексных свойств.
Комплект — два или более изделия, не подвергнутых на
предприятии-изготовителе сборочным операциям; комплект изделий имеет общее эксплуатационное
назначение вспомогательного характера.
686
Комплект баз — совокупность двух или трех баз, образующих систему координат,
по отношению к которой задается допуск расположения или определяется
отношение расположения, рассматриваемого элемента.
Комплект баз — совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки
или изделия.
Комплект документов технологического процесса, комплект документов
процесса — совокупность технологических документов, необходимых и достаточных для
выполнения технологического процесса.
Комплект оборудования — набор, состоящий из отдельных машин, станков,
автоматических и полуавтоматических линий, контрольного и другого оборудования,
предназначенного для последовательного комплексного выполнения
технологических операций производства детали (деталей).
Комплект проектной технологической документации, комплект проектной
документации — комплект технологической документации, предназначенный для
применения при проектировании и реконструкции предприятий.
Комплект технологической документации, комплект документации —
совокупность документов технологических процессов и отдельных документов,
необходимых и достаточных для выполнения технологических процессов при изготовлении и
ремонте изделия и его составных частей.
Комплектующее изделие — всякое изделие предприятия-поставщика,
применяемое как составная часть (деталь или сборочная единица) изделия, выпускаемая
предприятием-изготовителем.
Композиционные материалы — класс искусственных материалов, состоящих из
матрицы с распределенными в ней компонентами, придающими материалу в целом
требуемые свойства, различают композиционные материалы: 1)
дисперсно-упрочненные, представляющие собой матрицу с равномерно распределенными в ней
частицами размером от 0,01 до 0,1 мкм в количестве 1...15 % по объему; 2)
упрочненные частицами представляющие собой матрицу с частицами размером до 1,0 мкм и
более в количестве до 25 % по объему; 3) армирование волокнами, в которых
диаметр волокон изменяется от долей до десятков и сотен мкм, а их объемная
концентрация — от нескольких процентов до 70 %; 4) слоистые — 2-й 3-слойные листы
алюминий-медь, медь-алюминий-медь и т. д.
К композиционным материалам относятся современные фрикционные материалы,
спеченные фрикционные материалы — железографиты, железосульфиды, медь-графит
и др. Технология композиционных материалов является современным средством
конструирования материалов с наперед заданными уникальными свойствами.
Конвейер (англ. conveyer, от convey — перевозить), транспортер — машина
непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. По
типу грузонесущего элемента конвейеры различаются на ленточные, пластинчатые,
роликовые (рольганги), скребковые, тележечные, ковшовые, винтовые и т. п. По
принципу действия конвейеры бывают гравитационные и приводные (тяговые и
вибрационные).
Конический режущий инструмент — режущий инструмент в форме тела
вращения, режущие кромки которого расположены на конической поверхности.
Консервация металлов, изделий (от лат. conservato — сохранение) — комплекс
мероприятий, обеспечивающих временную противокоррозионную защиту на период
изготовления, хранения и транспортирования металлов и изделий с использованием
консервационных мазей и смазок.
687
Конструктивная преемственность изделия, конструктивная преемственность —
совокупность свойств изделия, характеризуемых единством повторяемости в нем
составных частей, относящихся к изделиям данной классификационной группы, и
применяемости новых составных частей, обусловленной его функциональным
назначением.
Конструктивно-унифицированный ряд — изделия одинакового или различного
назначения, имеющие конструктивную общность деталей, блоков и агрегатов. Как
правило конструктивно-унифицированный ряд охватывает все основные
модификации машин, оборудования, приборов, например, грузовые автомобили (бортовые,
самосвалы, тягачи) и др. транспортные и универсальные машины для
строительства, мелиорации и т. д.
Конструктивные показатели — показатели качества, характеризующие
конструктивные особенности изделия, обуславливающие возможность реализации в
изделии его функциональных свойств.
Конструкторская база — база, используемая для определения положения детали
или сборочной единицы в изделии.
Конструкторская документация — графические и текстовые документы, которые
содержат данные об изделии, необходимые для его разработки, изготовления,
контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. К конструкторской документации
относятся чертежи, ведомости комплектующих деталей, схемы, расчеты, пояснительные
записки, ТУ и др. Виды и комплектность конструкторской документации
установлены стандартом, правила оформления конструкторской документации приведены в
Единой системе конструкторской документации (ЕСКД).
Конструкционные материалы — материалы, обладающие конструкционной
прочностью и применяемые для изготовления конструкций (деталей машин и
механизмов, зданий, транспортных средств, сооружений, приборов, аппаратов и т. п.),
воспринимающих силовую нагрузку. Конструкционные материалы подразделяются
на металлические (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, магния,
титана, молибдена, вольфрама, ниобия и других металлов), неметаллические
(пластичные массы, термопластичные полимеры, керамика, огнеупоры, стекло, резина,
древесина, бетоны, некоторые горные породы) и композиционные материалы.
Конструкция (от лат. constructio — составление, построение) — 1) схема
устройства и работы машины или узла, а также сами машины; 2) строение, устройство,
сооружение.
Контргайка — гайка, навинчиваемая на болт или шпильку в дополнение к
основной гайке для предупреждения ее самоотвинчивания.
Контроль — аналитическая функция управления, заключающаяся в наблюдении за
ходом определенных процессов, сравнении величины контролируемого параметра с
заданной программой, выявление отклонений от программы.
Контроль технологического процесса — проверка соответствия параметров
технологического процесса и (или) его результатов установленным требованиям.
Контроль технологической подготовки производства, контроль ТПП — выявление
отклонений фактических значений показателей технологической подготовки
производства изделий от из заданных значений.
Контурная картина поверхности — совокупность линий пересечения реальной
поверхности эквидистантными сечениями.
Контурная картина поверхности — совокупность линий пересечения реальной
поверхности некоторым числом эквидистантных сечений.
688
Контурное управление промышленным роботом — управление исполнительным
устройством промышленного робота, при котором движение его рабочего органа
происходит по заданной траектории с установленным распределением по времени
значений скорости.
Кооперация и специализация производства (от лат. cooperatio — сотрудничество и
specialis — особенный, особый) — формы общественного разделения труда и его
рациональной организации, производственные связи между промышленными
предприятиями (строительными организациями), совместно производящими
определенную продукцию при сохранении хозяйственной самостоятельности. Кооперация и
специализация производства способствует росту производительности труда,
увеличению производства продукции и повышению ее качества.
Копир (нем. Kopierschablone) — деталь копировального устройства, имеющая
фигурный профиль (фасонная линейка, кулачок, шайба и т. п.).
Корпус (от лат. corpus — сущность, тело, единое целое) — деталь машины, обычно
служащая основанием и несущая все основные механизмы.
Корпусное изделие — изделия преимущественно коробчатой формы, которые при
обработке остаются неподвижными.
Корректирующая масса, балансировочная масса (недопустимо), балансная масса
(недопустимо), компенсирующий груз (недопустимо), противовес (недопустимо) —
масса, используемая для уменьшения дисбалансов ротора. Корректирующая масса
мажет добавляться или удаляться из тела ротора, а также перемещаться по нему.
Корригирование (от лат. corrigo — исправляю, улучшаю) — прием улучшения
формы зубьев эвольвентного зубчатого зацепления, заключающийся в том, что при
нарезании зубчатых колес стандартный исходный контур производящей рейки
смещают в радиальном направлении так, что ее делительная прямая не касается
делительной окружности колеса. При этом используют нормированный реечный
зуборезный инструмент (зуборезную гребенку, червячную фрезу и т. п.) или долбяки.
Обработку ведут на зуборезных станках методом обкатки. Корригирование может
быть использовано для повышения качества зацепления двух колес или колеса с
рейкой, для изменения межосевого расстояния в зубчатых передачах.
Целесообразный выбор смещений при корригировании может уменьшить проскальзывание,
снизить опасность заедания, уменьшить износ, повысить КПД передачи.
Коррозионная стойкость — свойство материалов противостоять коррозии.
Определяется отношением массы материала, превращенного в продукты коррозии, к
произведению площади изделия, находящейся во взаимодействии с агрессивной средой, на
время этого воздействия, а также толщиной разрушенного слоя за год. Повышение
коррозионной стойкости достигается легированием, нанесением защитных покрытий и т. д.
Коррозионная усталость — понижение предела выносливости материала при
одновременном воздействии циклических напряжений и агрессивной среды.
Коррозионная хрупкость — хрупкость, приобретенная металлом в результате
коррозии.
Коррозионная язва — местное коррозионное разрушение, имеющее вид отдельной
раковины.
Коррозионно-механическое изнашивание — изнашивание в результате
механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим
взаимодействием материалов со средой.
Коррозионно-стойкая сталь — сталь, устойчивая к коррозии в воздушной
атмосфере, морской и речной воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее
689
распространены хромоникелевая (18 % хрома и 9 % никеля) и хромистая (13...27 %
хрома) стали, часто с добавкой других элементов, например, титана. Хромистая
коррозионно-стойкая сталь применяется главным образом в качестве
конструкционного материала для турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего
инструмента, предметов быта, хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь — для
изготовления сварной аппаратуры, используемой в агрессивных средах и
жаростойких изделий, работающих при 550...800 °С.
Коррозия (позднелат. corrosio — разъедание, от лат. corrodo — грызу) — 1)
коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или
электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозийной) средой. Коррозию
классифицируют: по геометрическому характеру разрушений (например, сплошная,
подповерхностная, межкристаллитная, избирательная); по характеру взаимодействия металла
со средой — химическая, протекающая в средах, не проводящих электрических
токов (в газах, нефти и т. д.), и электрохимическая — в водных растворах
электролитов; по типу коррозионной среды (например, атмосферная, газовая); по характеру
дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с
действием коррозионной Среды (например, коррозия под напряжением, коррозия при
трении, контактная коррозия). В результате коррозии изделия теряют свои свойства
вплоть до полного разрушения материала. Для предотвращения коррозии в металлы
вводят компоненты, устойчивые к коррозии (так, получают, например, специальные
стали — коррозионно-стойкие), наносят на поверхность металла защитные
покрытия на основе других металлов (хромирование, никелирование и т. п.), применяют
окраску изделий и т. д.; 2) коррозия бетона и железобетона — разрушения бетона и
железобетона под действием агрессивной внешней среды. Способы защиты: выбор
стойких материалов (цементов, заполнителей), применение бетонов повышенной
плотности, снижение фильтрующей способности бетонов введением добавок,
нанесением лакокрасочных покрытий, пленок, пропиткой высокомолекулярными
веществами, увеличением толщины защитного слоя у арматуры, обмазкой арматуры
защитными составами и др.
Коррозия металлов — разрушение, вызываемое химическими или
электрохимическими процессами, возникающими при взаимодействии металлов с окружающей
средой.
Коррозия при трении — разрушение металла, вызываемое одновременно
воздействием на него коррозионной среды и трения.
Коррозия химическая — взаимодействие металла с коррозионной средой, при
котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты
коррозионной среды протекает в одном акте.
Коррозия электрохимическая — взаимодействие металла с коррозионной средой
(раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление
окислительных компонентов коррозионной среды протекают не в одном акте и их
скорости зависят от электродного потенциала.
Коэффициент взаимозаменяемости — отношение оперативной трудоемкости
замены сборочных единиц или деталей объекта без учета трудоемкости
пригоночных, регулировочных и селективных работ к оперативной трудоемкости сборки
объекта с учетом этих работ.
Коэффициент выхода годной продукции для технологической системы,
коэффициент выхода годной продукции — отношение среднего значения годной
продукции технологической системы к объему всей изготовленной ею продукции за
690
рассматриваемый интервал времени. При определении объема изготовленной
продукции следует учитывать продукцию, отбракованной на всех операциях,
выполняемых технологической системой.
Коэффициент жесткости — отношение модуля силы к перемещению,
вызванному этой силой в упругом элементе механической системы при
статическом действии.
Коэффициент загрузки оборудования (оснастки) — отношение фактического
времени работы технологического оборудования (технологической оснастки) к
эффективному фонду времени.
Коэффициент закрепления операций — отношение числа всех различных
технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течение
месяца, к числу рабочих мест.
Коэффициент изменения состояния автоматизации технологического
процесса, коэффициент изменения состояния автоматизации — отношение коэффициента
изменения неперекрытого машинного времени к коэффициенту изменения полного
ручного времени.
Коэффициент изменения состояния механизации технологического процесса,
коэффициент изменения состояния механизации — отношение коэффициента
изменения неперекрытого машинного времени к коэффициенту изменения полного
ручного времени.
Коэффициент изменения штучного времени — отношение времени в начальном
состоянии к его значению после проведения механизации или автоматизации
технологических процессов или их систем.
Коэффициент использования материала — показатель, характеризующий
степень полезного расхода материала на производство изделия.
Коэффициент использования металла — безразмерная величина, определяемая
соотношением массы изделия к норме расхода металла на его изготовление.
Коэффициент использования оборудования (оснастки) — отношение расчетного
числа технологического оборудования (технологической оснастки), необходимого
для обеспечения программы выпуска изделий, к фактическому.
Коэффициент использования производственной мощности — отношение
фактического объема выпуска изделий объединением, предприятием или цехом к
производственной мощности соответственно объединения, предприятия или цеха,
принимаемое для одной и той же единицы времени.
Коэффициент концентрации деформаций — характеристика концентрации
деформаций при упругопластическом деформировании (Ке— для линейных
деформаций; Кг— для деформаций сдвига).
Коэффициент концентрации напряжений — характеристика концентрации
напряжений при упругопластическом деформировании (Ка — для нормальных
напряжений; Кх — для касательных напряжений).
Коэффициент механизации задачи технологической подготовки производства
(ТПП) изделия, коэффициент механизации задачи ТПП — отношение трудозатрат на
выполнение определенной задачи технологической подготовки производства
изделия, связанных с применением машин, исключая ЭВМ, к суммарным трудозатратам
на выполнение этой задачи.
Коэффициент при передаче виброизоляции — отношение амплитуды
виброперемещения (виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей
691
на него силы) к амплитуде той же величины источника возбуждения при
гармонической вибрации.
Коэффициент податливости — величина, обратная коэффициенту жесткости.
Коэффициент полезного действия — безразмерная величина ц, характеризующая
степень совершенства какого-либо технического устройства в отношении
осуществления в нем процессов передачи энергии или ее преобразования из одной формы в
другую. КПД есть отношение полезно используемой энергии Wnon в
рассматриваемом устройстве к суммарной подводимой энергии W. r\ = Wm„ I W. Вследствие
различного рода потерь энергии (из-за выделения джоулевой теплоты, гистерезиса,
трения, неполноты сгорания топлива), а для тепловых двигателей также в силу
второго начала термодинамики КПД реальной установки всегда меньше 1. Так, КПД
лучших тепловых электростанций достигает 0,4, двигателей внутреннего сгорания
0,4-0,5, электрических генераторов 0,95, трансформаторов 0,98.
Коэффициент состава штучного времени — отношение полного ручного
времени к полному машинному времени.
Коэффициент сохранения производительности технологической системы —
отношение среднего значения объема выпуска технологической системой годной
продукции за рассматриваемый интервал времени к его номинальному значению,
вычисленному при условии, что отказы технологической системы не возникают.
Коэффициент структуры мощностей при автоматизации технологических
процессов — отношение средней мощности средств технологического оснащения
на одном рабочем месте.
Коэффициент структуры мощностей при механизации технологических
процессов — отношение средней мощности к средней мощности средств
технологического оснащения на одном рабочем месте.
Коэффициент структуры штучного времени — отношение полного ручного
времени к неперекрытому машинному времени.
Коэффициент точности исходной заготовки — безразмерная величина,
определяемая отношением массы поковки или штампованной заготовки к массе исходной
заготовки, используемой для изготовления поковки или штампованной заготовки.
Коэффициент точности поковки — безразмерная величина, определяемая
отношением массы изделия к массе поковки, из которой оно изготавливается.
Коэффициент трения — отношение силы трения двух тел к нормальной силе,
прижимающей эти тела друг к другу.
Коэффициент штучного времени — отношение затрат времени на
непосредственное выполнение одним или несколькими рабочими-многостаночниками
технологической операции на рассматриваемом рабочем месте к сумме тех же затрат по всем
технологическим операциям, выполняемом при многостаночном обслуживании.
Кривошипный пресс — машина кузнечно-штамповочного производства, в которой
заготовка деформируется под действием давления рабочего органа, приводимого в
движение кривошипным механизмом, работающим от электродвигателя. По
приводу главного ползуна различают собственно кривошипные, эксцентриковые, криво-
шипно-коленные, кривошипно-рычажные (балансирные) и кривошйпно-рычажно-
кулачковые кривошипные прессы. На кривошипных прессах производят объемную
и листовую штамповку, гибку, правку и т. п.
Критерий научности — признаки, присущие научному познанию (в отличие от
стихийно-эмпирического и обыденного познания), а также исторически разным
этапам развития самого научного познания.
692
Критерий оптимальности в теории оптимального управления — показатель или
система показателей качества работы некоторой системы или эффективности
процесса. Имеет вид некоторого функционала, численное значение которого
характеризует систему (процесс) с определенной точки зрения (быстродействие,
материалоемкость, трудоемкость изготовления и т. д.).
Кромка зуба, кромка — линия пересечения двух поверхностей зуба, которыми
могут быть боковая поверхность, поверхность вершин и торец зуба. Различают
продольную, боковую и торцовую кромку зуба, являющиеся линиями пересечения
соответственно боковой поверхности с поверхностью вершин, боковой поверхности с
торцом зуба и поверхности вершин с торцом зуба.
Круглое шлифование — шлифование поверхности вращения.
Круговое фрезерование — фрезерование поверхности тел вращения.
Кузнечно-прессовая линия — совокупность технологического оборудования,
содержащего две или более кузнечно-прессовые машины, и средства механизации и
автоматизации, предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций и
расположенные в последовательности выполнения технологических операций.
Кузнечно-прессовая машина — термин, получивший применение для всех
технологических машин для изготовления изделий (поковок и штамповок) методами
обработки давлением металлов, пластмасс и других материалов. По смыслу этот
термин из всех кузнечно-штамповочных машин для ковки и штамповки характеризует
лишь группу гидравлических прессов и группу кривошипных горячештамповочных
прессов.
Кузнечно-штамповочное оборудование — машины и установки для изготовления
поковок, штамповок и других изделий из металлических и неметаллических
материалов методами обработки давлением в нагретом или холодном состоянии.
Кузнечно-штамповочное производство — вид заготовительного производства для
изготовления поковок, штамповок и других изделий из слитков, сортового и
листового проката, порошковых и неметаллических материалов методами пластического
деформирования (разделения и формоизменения) в нагретом и холодном состоянии.
Кузнечно-штамповочный автомат — автомат, на котором изготавливают
изделия из проволоки, прутка, ленты, полосового металла, порошковых и
неметаллических материалов за несколько переходов без участия рабочего. К кузнечно-
штамповочным автоматам, используемым, как правило, в массовом производстве,
относятся: холодно- и горячевысадочные автоматы, обрезные, резьбонакатные, лис-
тоштамповочные, проволочно-гвоздильные, пружинонавивочные, цепевязальные и
другие автоматы.
Кузнечный инструмент — предназначен для ручной и машинной ковки. Служит
для деформации, перемещения, захвата, поддержания, измерений заготовок при
выполнении кузнечно-штамповочных работ.
Лабораторные испытания (материалов) — испытания, проводимые в строго
контролируемых условиях при полной и точной регистрации исследуемых величин. От
натуральных испытаний или эксплуатационных испытаний лабораторные
испытания отличаются значительной идеализацией условий, даже при использовании
приемов физического моделирования. Проводятся чаще всего на образцах
материалов или макетах установок. Имеют целью выявление фундаментальных
зависимостей, основных закономерностей и существенных характеристик материалов. В
установившейся экспериментальной практике являются первым этапом методологи-
693
ческой последовательности, включающей лабораторные, натурные, стендовые и
эксплуатационные испытания.
Лазер (англ. laser, составленное из первых букв фразы Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation — усиление света с помощью индуцированного
излучения) — прибор, в котором осуществляется генерация монохроматических
электромагнитных волн оптического диапазона вследствие индуцированного
излучения. В лазерах всех типов излучение генерирует активная среда с избытком
частиц (атомов, молекул и др.) на верхнем возбужденном энергетическом уровне Е2 по
сравнению с числом частиц на нижнем уровне рабочего перехода Е\ (так
называемая среда с инверсной заселенностью уровней). Излучаемые частицами при
вынужденных (индуцированных) переходах Е2 —> Е\ волны по частоте и направленности
распространения, поляризации и фазе тождественны падающей волне, и,
следовательно, эти волны когерентны друг другу независимо от способа возбуждения
атомов активной Среды. Лазеры различаются: 1) способом создания в среде инверсной
заселенности или способом «накачки» (оптическим излучением, электронным
пучком, химической реакцией и др.); 2) лазерным веществом (газы, жидкости, твердые
диэлектрики, ПП); 3) конструкцией резонатора (плоский, кольцевой и др.);
4) режимом работы (импульсный, непрерывный). Лазеры характеризуются
также мощностью, КПД преобразования какого-либо вида энергии в энергию
излучения, энергией в импульсе и другими параметрами. Лазеры применяются: в
геодезии — для измерения расстояний и углов; в космической и наземной
локации — для определения скоростей и курса кораблей, самолетов, ракет; для
сварки, резки твердых и тугоплавких материалов, для нагрева плазмы до
температуры я 20 • 106 К; в спектроскопии; в голографии — для записи и хранения
информации; в хирургии и др.
Лазерная технология — совокупность способов обработки, изготовления,
изменения состояния, свойств и формы материала или полуфабриката, осуществляемых
посредством лазерного излучения. В большинстве процессов лазерной технологии
используется термическое действие лазерного луча на обрабатываемый материал.
Эффективность лазерной технологии обусловлена локальностью воздействия и
высокой плотностью потока энергии лазерного излучения в зоне обработки,
возможностью ведения технологических процессов в любой прозрачной среде (в вакууме,
газе, жидкости, твердом теле), а также возможностью бесконтактной подачи
энергии к зоне обработки в замкнутом объеме через прозрачные стенки или
специальные окна в непрозрачной оболочке, что значительно облегчает выполнение
требований, предъявляемых к чистоте технологических процессов, и т. д. Лазерная
технология широко используется в машиностроительной, приборостроительной и
часовой промышленности. Наиболее изучены и освоены процессы лазерной сварки,
резки, сверления, обработки поверхностей. Лазерная технология обеспечивает
высокую технологическую чистоту и высокую точность обработки.
Латунирование — электрическое нанесение на стальные изделия
поверхностного слоя латуни толщиной от 1 до 10 мкм. Латунирование применяется для
предохранения изделий от коррозии, создания подслоя перед нанесением
никелевого или другого покрытия, а также для лучшего сцепления стали с резиной.
Латунь (от нем. Latun) — сплав меди с цинком (до 50 %), часто с добавками
алюминия, железа, марганца, никеля, свинца и других элементов (в сумме до 10 %).
Латунь хорошо обрабатывается давлением, характеризуется достаточной плотностью,
высокой пластичностью и стойкостью против коррозии.
694
Легирование (нем. legieren — от лат. ligo — связываю, соединяю) — введение в
состав металлических сплавов так называемых легирующих элементов для
изменения строения сплавов, придания им определенных физических, химических или
механических свойств. Легирующие добавки обычно вводят в расплавленный
металл. Термином «легирование» обозначается также введение посторонних атомов
внутрь твердого тела (например, ПП) путем бомбардировки его поверхности ионами.
Легированная сталь — сталь, которая помимо обычных примесей (углерода,
кремния, марганца, серы, фосфора), содержит и другие (легирующие) элементы либо
кремний или марганец в повышенном против обычного количества. Легирующие
элементы, как правило, вводят в расплавленную сталь в виде ферросплавов или
лигатур. При суммарном содержании легирующих элементов до 2,5 % сталь считается
низколегированной, от 2,5 до 10 % — среднелегированной и более 10 % —
высоколегированной. В качестве легирующих элементов наибольшее применение
получили хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, марганец, титан. Сталь может быть
легирована одним, двумя, тремя элементами и т. д. Соответственно, легированная
сталь называется хромистой, хромоникелевой, хромоникельмолибденовой, хромо-
никельвольфрамовой и т. д.
Легированный чугун — чугун, содержащий, кроме обычных компонентов,
специально вводимые добавки (хром, никель, молибден, ванадий, титан, алюминий, медь,
цирконий и др.), которые придают чугуну определенные свойства (например,
делают его более износостойким, жаростойким, коррозионно-стойким,
антифрикционным). Легированный чугун классифицируют обычно по химическому признаку
(хромистый, никелевый, ванадиевый и т. д.). Если легирующие элементы переходят
в металл из руды, чугун называется природно-легированным.
Легкие сплавы — конструкционные материалы на основе Al, Mg, Ti и Be, обладающие
малой плотностью. Легкие сплавы обладают высокой ударопрочностью (отношения
показателей прочности к плотности). Применяются в самолето-, ракето- и
судостроении, ядерной энергетике, строительстве, производстве бытовых изделий и т. д.
Лезвие инструмента, лезвие — клинообразный элемент режущего инструмента
для проникновения в материал заготовки и отделения слоя материала.
Лезвийная обработка — обработка резанием, осуществляемая лезвийным
инструментом.
Лезвийный инструмент с клееной пластиной — лезвийный инструмент с
соединением режущей пластины с корпусом или ножом клеем.
Лезвийный инструмент с механическим креплением пластины — сборный
лезвийный инструмент с разъемным соединением режущей пластины с корпусом или ножом.
Лезвийный инструмент с напайной пластиной — лезвийный инструмент, лезвия
которого изготовлены путем напайки режущей пластины на корпус или нож.
Ленточка лезвия — сравнительно узкий участок задней поверхности лезвия вдоль
режущей кромки с меньшими значениями заднего угла по сравнению с основной
частью задней поверхности.
Ленточное шлифование — шлифование шлифовальной лентой.
Ленточное шлифование без контактной опоры — ленточное шлифование, при
котором прижим шлифовальной ленты к заготовке осуществляется натяжением
шлифовальной ленты.
Ленточное шлифование с контактной опорой — ленточное шлифование, при
котором прижим шлифовальной ленты к заготовке осуществляется специальным
устройством.
695
Ленточный конвейер — конвейер, у которого грузонесущим и одновременно
тяговым органом является гибкая лента из прорезиненной ткани, тонкого цельнокатан-
ного стального полотна или плетеная из стальной проволоки. Широко применяется
во всех отраслях промышленности для транспортирования различных грузов. Длина
конвейерных линий практически неограничена.
Линия впадин профиля — линия, эквидистантная средней линии, проходящей
через низшую точку профиля в пределах базовой длины.
Линия впадин профиля — линия, параллельная средней линии, проходящей через
наинизшую точку профиля в пределах базовой длины.
Линия выступов профиля — линия, эквидистантная средней линии, проходящей
через высшую точку профиля в пределах базовой длины.
Линия выступов профиля — линия, параллельная средней линии, проходящей
через наивысшую точку профиля в пределах базовой длины.
Линия заострения зуба, линия заострения — линия, пересечения разноименных
теоретических поверхностей одного зуба.
Листовая штамповка — способ изготовления изделий или заготовок из листового
металла пластическим деформированием, как правило, в холодном состоянии в
штампах. Основные технологические операции: отрезка, вырубка, пробивка, гибка,
вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, формовка.
Листовые конструкции — конструкции, выполненные из листового металла.
Применятся в основном для сооружения емкостей различного назначения:
резервуаров, газгольдеров, бункеров, трубопроводов больших диаметров и т. п.
Листовой металл — листы, широкие листовые полосы и рулоны из металлов,
получаемые прокаткой. Из некоторых металлов (алюминий, свинец, медь и т. д.) про-
катывается фольга. Особый вид листовых металлов — биметаллические листы,
получаемые одновременной прокаткой пакетов из двух заготовок различных металлов.
Листогибочная машина — машина для гибки и правки металлических листов,
полос и листовых заготовок при пропускании их между валками. Листогибочная
машина с поворотной гибочной балкой предназначена для изготовления методом
холодной гибки по прямолинейному контуру деталей различных профилей, труб на
оправках, кромок, замкнутых коробчатых контуров, а также для правки листового
материала. На таких листогибочных машинах можно гнуть листы толщиной 0,8.. .5 мм.
Ротационные валковые листогибочные машины служат для гибкой правки
элементов котлов, сосудов высокого давления, конвертеров, а также труб диаметром
свыше 400 мм. На таких листогибочных машинах изгибают заготовки толщиной 1... 150 мм
в холодном и горячем состоянии.
Листоштамповочный автомат — автоматическая машина для массового
изготовления (штамповки) из полос или лент деталей машин, электро- и
радиоаппаратуры, изделий широкого потребления и т. п. К листоштамповочным автоматам
относятся также некоторые прессы-автоматы для патронно-гильзового производства.
Листоштамповочный пресс — механический или гидравлический пресс для
изготовления штампованных заготовок и деталей из листового проката и
неметаллических листовых материалов методами обработки давлением в штампах.
Литейный стержень — образует внутренние полости литейной формы,
предназначенные для образования отверстия, полости или иного сложного контура
отливки. Литейный стержень может быть неразъемным и разъемным, цельным и полым,
полым с засыпкой из пористого материала, упрочненным стержневым каркасом,
неразборным или собранным в стержневой блок.
696
Литниковая система — система каналов и устройств для подвода в определенном
режиме жидкого металла к полости литейной формы, отделения неметаллических
включений и обеспечения питания отливки при затвердевании.
Литье — технологический процесс изготовления заготовки или изделия из
различных расплавов (литейных сплавов, горных пород, пластмасс, металлов и др.),
принимающих конфигурацию полости заданной формы и сохраняющих ее после
затвердевания. В литейном производстве применяются более 50 видов литья
металлов: в песчаные формы, в кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением,
центробежное и др. Процесс литья позволяет получить сложные изделия высокой
точности, что часто дает возможность исключить дальнейшую обработку.
Литье в вакуумно-пленочную литейную форму — литье металла, осуществляемое
путем свободной заливки литейной формы, изготовленной из сыпучего
формовочного материала с разрежением в ней воздуха и герметизацией поверхности разъема
синтетической пленкой.
Литье в керамическую литейную форму — литье металла, осуществляемое
заливкой разъемной литейной формы, изготовляемой из огнеупорной жидкой смеси.
Литье в кокиль, кокильное литье — способ получения фасонных отливок в
металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические
формы (литье под давлением, центробежное литье и др.), при получении отливок в
кокиле заполнение формы сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо
внешнего воздействия. Высокие теплопроводность и точность кокиля позволяют
изготовлять плотные отливки с точными размерами, меньшими припусками на
механическую обработку, чем литье в песчаные формы. Литьем в кокиль получают
отливки из чугуна, стали, алюминия, магниевых и других сплавов.
Литье в оболочковые формы — способ получения отливок в оболочковых формах.
Отливки имеют плотную однородную мелкозернистую структуру и высокие
механические свойства, меньшие усадку и внутреннее напряжение, чем при других
способах литья. Литьем в оболочковые формы получают отливки высокой точности,
что позволяет сократить или исключить процесс очистки. Недостаток этого способа —
высокая стоимость материала, оснастки и оборудования, поэтому его применение
эффективно в массовом производстве.
Литье в песчаные формы — способ получения отливок в формах, изготовленных
из песчанно-глинистых материалов и используемых для получения одной отливки.
Литье всасыванием — способ получения отливок в тонкостенных водоохлаждае-
мых металлических литейных формах (кристаллизаторах), заполняемых при
вакуумном всасывании жидкого сплава. Во внутренней полости кристаллизатора
создается разрежение, благодаря которому сплав всасывается в форму на определенную
высоту. В форме металл затвердевает, образуя отливку, конфигурация которой
соответствует конфигурации внутренней полости кристаллизатора. Особенности
способа: спокойное заполнение формы металлом даже при изготовлении тонкостенных
отливок и отсутствие потерь металла на литниковую систему; малая
производительность, из-за чего ограничено его применение.
Литье по выплавляемой модели — способ получения фасонных отливок из
металлических сплавов в неразъемной горячей и негазотворной оболочковой форме,
рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием,
растворением или выплавлением в горячей воде (отсюда и название способа). Отливка
образуется в оболочке, состоящей из огнеупорного состава, которым облицовывают
модель перед заливкой. После отвердевания отливки оболочку разрушают. Литьем
697
по выплавляемой модели часто изготавливают отливки с высокой точностью, что
часто позволяет использовать их как готовые детали, без дополнительной
механической или другой обработки.
Литье под давлением — получение отливок в форме, в которую расплавленный
материал (металл, пластмасса, резиновая смесь и др.) поступают под давлением, а
после затвердевания в результате остывания, отверждения или вулканизации
приобретает конфигурацию внутренней полости формы. Применяются главным
образом для получения сложных изделий с высокой точностью.
Лотковый спуск — простое транспортное приспособление в виде наклонной
плоскости с бортами, по которым груз скользит под действием силы тяжести. Лотковый
спуск применяют для подачи деталей в нужном направлении в загрузочных,
разгрузочных и транспортировочных устройствах автоматов, для транспортирования на
короткие расстояния насыпных и штучных грузов.
Лужение — покрытие оловом металлических, главным образом стальных и медных
изделий или полуфабрикатов (ленты, листы, проволоки) для защиты их от коррозии
или для облегчения процесса пайки. Лужение осуществляют погружением предмета
в расплавленное олово, в раствор, содержащий олово, или в электролит с
последующим оплавлением в масляных ваннах, печах или индукторах. Перед лужением
изделие очищают и обрабатываемую поверхность протравливают кислотой.
Люнет (франц. lunette) — приспособление к металлорежущему станку, служащее
добавочной опорой для вращающихся обрабатываемых длинных и нежестких
заготовок. Люнет уменьшает прогиб заготовки от сил резания и массы детали,
повышает виброустойчивость.
Магазин (от франц. magazine — магазин, склад) в технике — емкость для
размещения однородных штучных изделий или набор однотипных элементов,
объединенных в одном корпусе. Магазин — принадлежность некоторых машин (например,
пакетоформирующих), автоматических станков, огнестрельного автоматического
оружия (например, карабинов, пулеметов, пушек), приборов и аппаратов (например,
магазин в виде светонепроницаемой кассеты с несколькими пластинками к
фотоаппарату) и т. п.
Маркировка (от нем. markieren — отмечать, ставить знак) — буквы, цифры,
надписи, условные знаки на продукции, ее частях, ярлыках, упаковке. Кроме
потребительской существует также транспортная маркировка, содержащая обычно адреса
отправителя и получателя груза, надписи и (или) знаки, относящиеся к способу
обращения с перевозимой продукцией.
Маршрутная технология — оформление технологических операций, при котором
в упрощенной технологической карте (маршрутной карте) указывается лишь
последовательность обработки детали (маршрут). Применяется в единичном и
мелкосерийном производстве.
Масса изделия — показатель материалоемкости, характеризующий совокупность
масс составных частей изделия, подготовленного к использованию по назначению.
Масса материала в изделии — показатель материалоемкости, характеризующий
массу овеществленного в изделии конкретного вида материала. Примерами могут
служить масса материала в изделии, масса пластмассы в изделии, масса древесины
в изделии.
Массовое производство — производство, характеризуемое большим объемом
выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых продолжительное
698
время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая
операция.
Мастер-модель — модель промышленного изделия в натуральную величину, по
которой выполняются формы для изготовления изделий или сами изделия.
Мастер-станок — особо точный металлорежущий станок, на котором изготовляют
для рабочих металлорежущих станков основные точные детали (винты, зубчатые
колеса и др.), определяющие качество и точность станков.
Мастер-штамп — кузнечный штамп для изготовления горячей штамповкой
рабочих штампов или их основных деталей (ручьевых вставок, пуансонов,
матриц). Применение мастер-штампов снижает стоимость рабочих штампов, так как
значительно уменьшается объем последующей механической обработки
(фрезерования).
Математическая модель — модель, находящаяся в отношении математического
подобия к моделируемому объекту.
Математическая статистика — наука о математических методах
систематизации и использования статистических данных для научных и практических выводов.
Во многих своих разделах математическая статистика опирается на теорию
вероятностей, позволяющую оценить надежность и точность выводов, делаемых на
основании ограниченного, статистического материала (например, оценить необходимый
объем выборки для получения результатов требуемой точности при выборочной
проверке).
Математический анализ — совокупность разделов математики, посвященных
исследованию функций методами дифференциальных и интегральных исчислений.
Математическое моделирование — приближенное описание какого-либо класса
явления внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.
Материал — исходный предмет труда, потребляемый для изготовления изделия.
Различают материалы основной и вспомогательный. К основному относятся
материал, масса которого входит в массу изделия при выполнении технологического
процесса, например, материал заготовки, материал сварочного электрода, припоя и
т. д. Вспомогательным считается материал, расходуемый при выполнении
технологического процесса дополнительно к основным материалам. Вспомогательными
могут быть материалы, расходуемые при нанесении покрытия, пропитки, сварки
(например, аргон), пайки (например, канифоль), закалки и т. д.
Материалоемкость — показатель расхода материала, вещества на единицу
производимого изделия. Понятие материалоемкости является важной характеристикой во
всех случаях, когда «ядро» потребительской ценности изделия представляет не сам
материал, из которого оно изготовлено (например, в пищевой промышленности), а
его функциональные характеристики (в производстве радиоаппаратуры,
машиностроении). Наряду с оценкой материалоемкости изделия нередко применяют оценки
производства, что характерно при малоотходных и безотходных технологиях.
Наибольший экономический эффект снижения материалоемкости достигается в мате-
риалоемких производствах — металлургическом, кузнечно-прессовом, в
строительстве. Количественно показатель материалоемкости представляет собой дробь, в
числитель которой записываются фактические затраты материала, а в знаменатель —
теоретически рассчитанное минимальное количество материала, необходимое для
оптимального функционирования данного изделия.
Материалоемкость изделия, материалоемкость — расход материала,
необходимого для производства и технической эксплуатации изделия.
699
Машина — устройство, выполняющее механические движения для преобразования
энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и
умственного труда человека.
Машина-автомат — машина, в которой все преобразования энергии, материалов
и информации выполняются без непосредственного участия человека.
Машина-полуавтомат, полуавтомат — машина, выполняющая с помощью
энергии неживой природы заданный алгоритм функционирования при участии людей в
загрузке и выгрузке или установке и съеме объектов обработки и периодическом
включении машины.
Машинно-ручное время — часть штучного времени, затрачиваемая при
одновременном применении энергии людей и неживой природы. «Машинно-ручное время»,
«неперекрытое машинное время» и «полное машинное время» имеют место как при
механизации, так и автоматизации технологических процессов, они применяются
при использовании любых средств технологического оснащения, приводимых в
действие энергией неживой природы.
Машиностроение — комплекс отраслей промышленности, изготавливающих
орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а также предметы
потребления и оборонную продукцию. Машиностроение является материальной
основой технического перевооружения всего народного хозяйства. Уровень развития
машиностроения определяет производительность труда в целом, качество
продукции и других отраслей промышленности, темпы развития технического прогресса и
обороноспособность страны. Главной задачей машиностроения является
обеспечение всех отраслей народного хозяйства высокоэффективными машинами и
оборудованием. Машиностроение включает такие крупные подотрасли, как
энергетическое машиностроение, электротехническое, станкостроительная и
инструментальная промышленность, приборостроение, тракторное и сельскохозяйственное
машиностроение и др. Для машиностроения характерен прерывный процесс
производства. Широкую специализацию производства продукции машиностроения
обусловливает большая номенклатура машин и оборудования, их сложность и
возможность расчленения на отдельные узлы и детали.
Машиностроительное производство — производство с преимущественным
применением методов технологии машиностроения при выпуске изделий.
Машиностроительный завод — предприятие, производящее орудия производства
для различных отраслей промышленности. По выпускаемой продукции
машиностроительные заводы подразделяются на специализированные и заводы,
производящие разнообразную номенклатуру машин и оборудования. Разнообразие
номенклатуры выпускаемых изделий на одном предприятии затрудняет организацию
производства и повышает себестоимость продукции. Специализация и кооперирование
машиностроительных заводов ведется путем реконструкции действующих заводов,
строительства новых крупных специализированных цехов и заводов, а также путем
организации централизованного изготовления унифицированных и
нормализованных агрегатов, узлов и деталей методами массового и крупносерийного
производства. Размещение машиностроительных заводов осуществляется в виде
промышленных комплексов, отдельных предприятий. Каждый комплекс имеет свой профиль и
отраслевую структуру, необходимые для развития района и специализации
производства. Машиностроительные заводы кооперируются со многими
предприятиями, снабжающими их металлом, металлоизделиями, резиной, стеклом,
изделиями из пластмасс и т. д. На размещение отдельных машиностроительных за-
700
водов оказывают влияние различные факторы, такие, как металлургические базы,
месторождения и т. д.
Машиностроительный комплекс — совокупность отраслей тяжелой
промышленности, изготавливающих важнейшие средства производства, орудия труда,
различные предметы потребления, а также продукцию оборонного назначения. В состав
машиностроительного комплекса входят: станкостроение, приборостроение,
электротехническая и электронная промышленность, энергетическое, транспортное,
строительно-дорожное, химическое, нефтяное, сельскохозяйственное
машиностроение, авиационная, автомобильная, тракторная промышленность и ряд других
отраслей индустрии. Машиностроительный комплекс охватывает многие тысячи
производственных объединений, предприятий, конструкторских и технологических бюро,
НИИ. Отрасли промышленности, входящие в машиностроительный комплекс,
объединены общностью производственной структуры, аналогичностью многих
технологических процессов, методов организации труда и управления, сходством форм
специализации труда и кооперирования. Уровень развития машиностроительного
комплекса во многом определяет темпы НТП, рост производительности труда в
народном хозяйстве, качество промышленной продукции, состояние
обороноспособности страны. Машиностроительный комплекс — материальная основа
интенсификации общественного производства, техническая база его постоянного обновления
и повышения эффективности. Развитие машиностроительного комплекса позволяет
значительно расширить выпуск многих видов технически сложных изделий,
предназначенных для механизации и совершенствования сферы быта. Наряду с
производством систем и комплексов машин, оборудования и приборов для механизации,
автоматизации и технического перевооружения отдельных отраслей экономики
важной задачей машиностроительного комплекса является создание машин и
агрегатов большой единичной мощности в уникальном исполнении для
металлургической, угольной, горнодобывающей, химической промышленности, для энергетики и
других отраслей. Машиностроительному комплексу принадлежит ключевая роль в
осуществлении НТР, в материализации новейших достижений науки и техники.
Меднение — электролитическое нанесение поверхностного медного слоя на
металлические, преимущественно стальные, цинковые и алюминиевые изделия.
Производится для изготовления биметаллов, для образования промежуточного слоя при
защитно-декоративном никелеровании и хромировании стальных изделий, для
облегчения паяния и т. д.
Международный эталон — эталон, используемый по международному
соглашению для согласования единиц, воспроизводимых и хранимых национальными
эталонами стран — участниц соглашения, а также для метрологической аттестации по
нему национальных эталонов.
Межкристалльная коррозия, интеркристаллитная коррозия — коррозия,
развивающаяся по границам зерен металла (сплава). Межкристаллитная коррозия
приводит к нарушению связи между зернами и разрушению металла на большую глубину
без явных наружных следов коррозии.
Межотраслевые научно-технические комплексы (МНТК) — новая
прогрессивная форма интеграции науки и промышленности, концентрации научных сил и
материально-технических ресурсов на главных направлениях НТП для выхода по ним
в кратчайшие сроки на передовые рубежи в мире. МНТК ориентированы на
проведение всего цикла работ по созданию и освоению широкомасштабного
производства высокоэффективных видов техники и материалов новых поколений. Они объе-
701
диняют в своем составе научно-исследовательские учреждения, конструкторские и
технологические организации, производственные и научно-производственные
объединения и предприятия различных министерств и ведомств.
Меры концевые — меры длины, имеющие форму прямоугольного
параллелепипеда или цилиндра с двумя плоскими параллельными измерительными
поверхностями. Меры концевые длины (плитки), которые предназначены для передачи
размеров от эталона единицы длины к изделию (поверки и градуировки мер и
измерительных приборов). Различают также меры концевые со специальными
размерами. При выполнении измерений меры концевые соединяют в блоки,
притирая одну к другой.
Местная коррозия — коррозия, охватывающая отдельные участки поверхности
металла.
Местный износ — износ на отдельном участке поверхности трения.
Металлизация — 1) металлизация расплавлением — покрытие изделий из
различных материалов тонким слоем металла распылением его в расплавленном виде
специальными аппаратами (с помощью сжатого воздуха). Производится в
декоративных целях (металлизация металлических, деревянных и других изделий), для
исправления пороков поверхности металлических изделий, повышения их износо- или
коррозионной стойкости. 2) Металлизация диффузионная — насыщение
поверхностных слоев металлических изделий (главным образом стальных) различными
элементами, преимущественно металлами (алюминием, хромом, цинком, бериллием,
бором, кремнием и др.) путем диффузии из внешней среды при высокой
температуре. Основная цель — повышение коррозионной стойкости (в электролитах или газах
при высоких температурах), твердости, износостойкости изделий.
Металлоемкость изделия, металлоемкость — расход металла, необходимого для
производства и технической эксплуатации изделия. Аналогично образуются
соответствующие понятия: стеклоемкость, пластмассоемкость и т. п.
Металлопластмасса — композиционный материал, состоящий из металлического
пористого каркаса, пропитанного (или связанного) пластичным компонентом.
Металлопластмасса часто вводится в твердые смазки и наполнители. В большинстве
случаев металлопластмассы используют в качестве антифрикционных материалов.
Типичной металлопластмассой является композиционный металлофторопластовый
материал, состоящий из омедненной стальной основы, к которой припекается
рабочий слой материала, представляющий собой бронзовый каркас, поры которого
заполнены фторопластом с наполнителем (дисульфидом молибдена). Такая
металлопластмасса работоспособна при температурах от -200 до 280 °С, обеспечивает
получение коэффициента трения 0,003-0,1 в зависимости от удельного давления и
окружной скорости.
Металлорежущий инструмент — инструмент для обработки заготовок
(преимущественно металлических), снятия стружки. Металлорежущий инструмент должен
иметь характерную геометрию и обладать стойкостью в процессе обработки.
Основные виды станочного металлорежущего инструмента: резцы, сверла, протяжки,
фрезы, зуборезный инструмент, резьбонарезной инструмент, абразивный
инструмент. К ручному металлорежущему инструменту относятся зубила, напильники,
ножовки, шаберы и др., а также различные ручные машины.
Металлорежущий станок — служит для обработки заготовок в основном снятием
стружки режущим инструментом. Различают металлорежущие станки: по степени
специализации — универсальные, широкого назначения, специализированные, спе-
702
циальные, агрегатные; по степени автоматизации — с ручным управлением,
полуавтоматическим, автоматическим, автоматические линии, с программным
управлением; по точности обработки — нормальные, повышенной, высокой, особо высокой
и особой (мастер-станки) точности; по технологическому признаку или типу
инструмента — токарные, сверлильные и расточные, шлифовальные и т. д.
Метод разрушающего контроля — метод контроля, при котором может быть
нарушена целостность объекта и его пригодность к применению.
Методика выполнения измерений — это совокупность приемов и способов
подготовки объектов исследований (деталей, изделий, проб и т. д.) для измерений,
использования средств измерений, вычислительной техники и вспомогательных
устройств, обработки данных измерений с целью получения количественной
информации о значении измеряемой величины, т. е. результата измерений с требуемой
точностью. Основополагающим нормативным документом по вопросам разработки
и аттестации методик выполнения измерений является.
Метрическая система мер — система мер, основанная на двух единицах: метре (м) —
единице длины и килограмме (кг) — единице массы. Метрическая система мер
возникла во Франции в конце XIX в. В 1875 г. в Париже 17 государствами, в том числе
и Россией, была подписана Метрическая конвенция для обеспечения
международного единства и усовершенствования метрической системы мер и создана
международная организация мер и весов (один из ее органов — Генеральная конференция по
мерам и весам). Метрическая система мер, исходя из потребностей практики,
включала лишь единицы длины (метр, равный десятимиллионной части 1/4 длины
парижского географического меридиана), площади (ар, равный площади квадрата со
стороной 10 м), объема (стер, равный объему куба с ребром 1 м), вместимости для
жидких и сыпучих тел (литр, равный объему с ребром 0,1 м), массы (грамм — масса
воды, заполняющей при 0 °С куб с ребром, равным 0,01 м). Десятичные приставки к
этим единицам — мира (104 — в настоящее время не применяется), кило, гекто,
дека, деци, санти и милли — обеспечили образование десятичнократных и дольных
единиц. Метрическая система мер действует в большинстве государств мира.
Развитие науки и техники вызвало необходимость установления единиц для
ряда других физических величин, в первую очередь для электрических и магнитных.
Метрология (от греч. metron — мера и ...логия) — прикладная научная
дисциплина, основанная на достижениях естественных, технических и общественных наук,
объектом изучения которой являются измерения физических величин, методы и
средства обеспечения их единства и требуемой точности.
Метчик — металлорежущий инструмент для нарезания внутренней резьбы в
предварительно просверленных отверстиях. Бывают ручные и станочные метчики,
гаечные и инструментальные, а также автоматные метчики. Материал —
инструментальная или быстрорежущая сталь.
Механизация (от греч. mechane — орудие, машина) — замена ручных средств
труда машинами и механизмами с применением для их действия различных видов
энергии в процессах трудовой деятельности. Основные цели механизации —
повышение производительности труда и освобождение человека от выполнения
тяжелых, трудоемких и утомительных операций. Механизация является одним из
главных направлений научно-технического прогресса, обеспечивает развитие
производительных сил и служит материальной основой для повышения эффективности
интенсивно развивающегося общественного производства. В зависимости от
степени оснащения производственных процессов техническими средствами и рода работ
703
различают частную и комплексную механизацию, создающую предпосылки для
автоматизации производства.
Механизация технологического процесса — применение механизирующих
устройств в технологическом процессе, управляемым обслуживающим персоналом.
Механизацию технологического процесса применяют в целях сокращения трудовых
затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества
продукции.
Механические свойства материалов — свойства материалов, характеризующие
способность их сопротивляться деформированию и разрушению под действием
внешних механических сил.
Механизированно-ручная машина — машина, в которой движение инструмента
происходит при помощи энергии неживой природы, перемещение объекта
обработки относительно инструмента выполняется людьми, которые полностью (частично)
осуществляют управление.
Механизированный метод выполнения технологического процесса,
механизированный метод — метод выполнения технологического процесса, при котором
применяется энергия неживой природы, а управление выполняется людьми (частично
без участия людей).
Механизм — система тел, предназначенная для преобразования движения одного
или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел. Если в
преобразовании движения участвуют жидкие или газообразные тела, то механизм называют
гидравлическим или пневматическим. Обычно в механизме имеется одно входное
звено, получающее движение от двигателя, и одно выходное звено, соединенное с
рабочим органом машины или с указательным прибором. Различают механизмы
плоские, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных
плоскостях, и пространственные.
Механические колебания — колебания значений кинематической или
динамической величины, характеризующей механическую систему.
Микрорезание — абразивное изнашивание с преобладанием механического
разрушения поверхностных слоев металла со снятием микростружки. Эта форма
проявления абразивных процессов относится к недопустимым при внешнем трении видам
повреждения. Глубина разрушаемого слоя достигает 200 мкм. Скорость процесса
разрушения составляет 0,5...50 мкм/ч. Если отношение твердости металла к твердости
абразива меньше 0,6, то возможно появления микрорезания. Устранить
микрорезание можно конструктивными, технологическими и эксплуатационными средствами.
Микроструктура (от микро... и лат. structura — строение) металла — строение
металлов и сплавов, видимое при помощи микроскопа. Световой микроскоп позволяет
различать кристаллиты размером до 0,2 мкм, электронный — размером 0,1... 1 нм.
Характер микроструктуры (размеры, форма и взаимное расположение
кристаллитов) оказывает исключительно большое влияние на свойства металлов и сплавов.
Микротвердометр — прибор для определения микротвердости материала по
отпечатку, оставленному на выбранном участке после вдавливания в него индентора.
Линейные размеры отпечатка обычно не превышают десятков мкм, а нагрузки на
индентор — несколько ньютонов.
Микротвердость — сопротивление пластическому вдавливанию (обычно в
плоскую поверхность) твердого индентора (как правило, пирамиды из алмаза). Отличия
испытаний на микротвердость от обычных измерений твердости — очень малые
нагрузки и малые размеры отпечатка. Микротвердость позволяет оценивать свойст-
704
ва отдельных структурных составляющих, очень тонких поверхностных слоев,
покрытий, мелких деталей часов и приборов, фольги, тонкой проволоки, а также очень
хрупких тел (стекол, эмалей и др.), которые растрескиваются при использовании
обычных методов оценки твердости. Число микротвердости рассчитывают так же,
как число твердости по Виккерсу.
Многослойная сталь — листовая сталь из нескольких слоев различного состава.
Многослойную сталь получают: разливкой сталей различных составов в общую
изложницу специальной конструкции (с разделительными стенками) и
последующей прокаткой отлитого слитка; сваркой нескольких листов стали различных
составов при совместной прокатке; штамповкой взрывом; наплавкой. Применяют для
повышения эксплуатационных свойств материала и экономии дорогостоящих сталей.
Многошпиндельный станок — металлорежущий станок с тремя или более
шпинделями для крепления заготовки или инструментов, обрабатывающих заготовку
одновременно или последовательно. Выпускают многошпиндельные токарные
автоматы и полуавтоматы, продольно-фрезерные, зубофрезерные,
плоскошлифовальные и особенно часто сверлильные станки. Агрегатные станки сверлильно-
расточной группы имеют нередко свыше 100 шпинделей. Многошпиндельные
станки применяют в серийном и массовом производствах.
Моделирование производственных процессов — исследование производственных
процессов путем создания моделей, отражающих структуру процессов,
характеристики объектов и потоки информации. Моделирование производственных
процессов на ЭВМ позволяет, не прибегая к дорогостоящему натурному эксперименту,
оценивать многие характеристики проектируемых производственных процессов,
решать задачи, возникающие на стадии разработки, наладки и ввода в эксплуатацию
сложного производственного оборудования, а также оценивать эффективность
различных технологических методов и вариантов структуры производственных
комплексов. Для автоматизации систем управления моделирование производственных
процессов — пока единственный практически доступный метод оценки
управляющих алгоритмов и структурных схем управления.
Модернизация (франц. modernisation, от moderne — новейший, современный) —
один из путей (способов) улучшения функциональных свойств внешнего вида
промышленных изделий, повышения их эксплуатационной надежности, состоящий в
изменении отдельных деталей, узлов конструкции или внешней формы без
принципиального преобразования. Модернизация — весьма экономичный способ
совершенствования промышленного оборудования, приборов, бытовых изделий, не
требующий коренной перестройки технологического процесса их изготовления.
Наибольшее положительное значение модернизация имеет как способ промежуточных
улучшений моделей изделий в период накопления знаний и ресурсов для их
коренного преобразования.
Модифицирование (от позднелат. modifico — видоизменяю, меняю форму) сплавов —
введение в металлические расплавы модификаторов — веществ, которые уже в малых
количествах (обычно не более десятых долей процента) способствуют
кристаллизации структурных составляющих в измельченной форме, что улучшает
механические свойства металла. В качестве модификаторов чугуна и стали применяют,
например, магний, ферросилиций, силикокальций, алюминий, титан, редкоземельные
элементы.
Модульный принцип — способ построения систем автоматики, телемеханики и
т. п. из модулей. Модульный принцип построения приборов и целых систем упро-
23 Технология машиностроения
705
щает общий монтаж схемы и проверку отдельных узлов, облегчает процесс
восстановления работоспособности системы (посредством смены вышедших из строя
модулей новыми) и ее эксплуатацию.
Молот — машина для обработки металлических заготовок ударами падающих
частей. Различают молоты для ковки (ковочные), объемной и листовой штамповки
(штамповочные). По роду привода молоты бывают: паровоздушные, действующие
от пара или сжатого воздуха; пневматические, работающие за счет разряжения и
сжатия воздуха, находящегося между рабочими и компрессорными поршнями;
механические, подвижные части которых механически связаны с двигателем;
гидравлические, приводимые в действие жидкостью высокого давления, и другие. По
способу работы различают молоты простого (падающий молот) и двойного действия
(наиболее распространен), когда падающие части дополнительно разгоняются.
Существуют молоты без шабота, имеющие две кинематически связанные бабы,
которые двигаются навстречу одна другой с равными скоростями, вследствие чего
энергия удара не передается на фундамент. Получают распространение
высокоскоростные молоты, скорость бабы у которых достигает 25 м/с (3...6 м/с у обычных
молотов).
Моральный износ — уменьшение стоимости в результате старения находящихся в
эксплуатации изделий (машин, бытовых товаров и др.) независимо от того,
снизилась или не снизилась их физическая пригодность. Моральный износ есть следствие
трех причин: снижения себестоимости производства (и соответственно цены) таких
же изделий в результате повышения производительности труда соответствующей
отрасли; появления технически более совершенных изделий; изменения
потребительских требований, связанных со вкусом, модой.
Нагрузка — действие на объект, приводящее к возникновению напряжений или
деформаций в сечениях тела.
Надежность (Relability, dependability) — свойство объекта сохранять во времени в
установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность
выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения,
технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надежность
является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и
условий его применения может включать безотказность, долговечность,
ремонтопригодность или определенные сочетания этих свойств. Иногда под надежностью в
более узком смысле понимают безотказность.
Наибольшая высота неровностей профиля — расстояние между линией выступов
профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.
Наибольшая высота профиля — расстояние между линией выступов профиля и
линией впадин профиля в пределах базовой длины.
Наибольший и наименьший зазор — два предельных значения, между которыми
должен находиться зазор.
Наибольший и наименьший натяг — два предельных значения, между которыми
должен находиться натяг.
Накатка, накатывание — обработка металлов пластической деформацией
наружных слоев при помощи накатывающего инструмента. Применяется для образования
рисок или сетки на поверхностях деталей машин и приборов (например, на
рукоятках — для формообразования зубьев зубчатых колес, для образования резьбы на
деталях и для нанесения шкал. Накаткой называют также поверхность материала,
706
полученная накатыванием, и инструмент для накатывания. Кроме такой формообра-
зущей накатки, применяют упрочняющую — холодную поверхностную
пластическую деформацию валов, осей, втулок и других деталей, повышающую их
сопротивление усталости, износостойкость и другие свойства.
Наклеп — 1) изменение структуры и свойств металла, вызванное пластической
деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает
предел пропорциональности, предел текучести и твердости. Наклеп снижает
сопротивление материала деформации противоположного знака (эффект Баушингера). При
поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале
и повышается его сопротивление усталости; 2) упрочение при обработке металлов
давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке
роликами, при специальной обработке дробью и т. д.
Наклон профиля — тангенс угла наклона в любой точке профиля в пределах
базовой длины.
Наладка — подготовка технологического оборудования и технологической
оснастки к выполнению технологической операции.
Нанесение покрытия — обработка, заключающаяся в образовании на заготовке
поверхностного слоя из инородного материала. Примерами нанесения покрытия
являются окрашивание, анодирование, оксидирование, металлизация и т. д.
Напильник — многолезвийный инструмент с множеством рядов относительно
мелких лезвий, работающих при поступательном или вращательном главном движении
резания и движении подачи в любом направлении.
Направление неровностей — направление преобладающей структуры поверхности,
обычно определяемое используемым методом обработки или другими воздействиями.
Направление неровностей поверхности — условный рисунок, образованный
нормальными проекциями экстремальных точек неровностей поверхности на
среднюю поверхность.
Направление подачи — направление мгновенной подачи рассматриваемой точки
на режущей кромке относительно заготовки.
Направление резания — направление мгновенного движения резания
рассматриваемой точки на режущей кромке относительно обрабатываемой детали.
Направляющая база — база, используемая для наложения на заготовку или
изделие связей, лишающих их двух степеней свободы — перемещения вдоль одной
координатной оси и поворота вокруг другой оси.
Напыление — нанесение защитных и декоративных покрытий распылением
жидкого или измельченного твердого вещества струей сжатого воздуха. Напыление
широко применяется для лакокрасочных покрытий и при металлизации. Новая область
напыления — плазменное нанесение жаростойких металлических и
неметаллических материалов (тугоплавких оксидов, силицидов, баридов, карбидов и др.) на
металлические изделия. Некоторые покрытия наносят испарением в вакууме.
Нарезание зубчатых колес — способ формообразования зубьев зубчатых колес
снятием стружки. Нарезание зубчатых колес осуществляют методом копирования и
методом огибания (или обкатки). Методом копирования получают впадину зуба с
формой поперечного сечения, являющейся точным воспроизведением формы
режущей кромки зуборезного инструмента (дисковой и пальцевой фрезы). При методе
огибания боковые стороны зубьев образуются как огибающие последовательных
положений режущей кромки зуборезного инструмента (червячной фрезы, долбяка,
зуборезной гребенки).
707
Нарезание резьбы — образование резьбы снятием стружки на наружных или
внутренних поверхностях заготовок и деталей. Нарезание резьбы проводят на
резьбонарезных, гайконарезных и болтонарезных, резьбофрезерных, резьбошлифовальных и
токарных станках, а также вручную. Инструмент для нарезки резьбы: резцы,
плашки, фрезы, метчики, гребенки и др. Нарезку резьбы токарными резцами
осуществляют по профильной или генераторной схемам. Получают развитие
высокопроизводительный вихревый метод нарезки резьбы резцовыми головками, которые
располагаются эксцентрично по отношению к заготовке. Заготовке сообщается осевая
подача на шаг резьбы за 1 ее оборот.
Наружное хонингование — хонингование наружной поверхности.
Наружное шлифование — шлифование наружной поверхности.
Насадной резкущий инструмент, насадной инструмент — режущий инструмент с
посадочным отверстием.
Натяг — положительная разность между соответствующим размером
охватываемой и охватывающей детали до сборки (например, вала и отверстия, размер вала
больше размера отверстия). Характеризует неподвижные посадки.
Наука — 1) сфера человеческой деятельности, заключающаяся в выработке и
теоретической систематизации объективных знаний о действительности; одна из форм
общественного сознания; включает как деятельность по получению нового знания
так и результат — сумму знаний, лежащей в основе научной картины мира; 2)
обозначение отдельных отраслей научного знания. Непосредственные цели науки —
описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности,
составляющих предмет ее изучения на основе открываемых ею законов.
Наукоемкие технологии — новейшие технологические процессы в
промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, связи, медицине, образовании, бытовом
обслуживании, при обработке деловой, коммерческой и финансовой информации в
бизнесе с применением новейшего оборудования, средств автоматизации
информационных устройств, созданных на основе фундаментальных достижений в науке и
технике, главным образом, в электронике и компьютеризации. Затраты на
проведение теоретических и экспериментальных научно-исследовательских и опытно-
конструкторских работ при разработке наукоемкой технологии в различных
отраслях техники могут составить 5...70 % заводской себестоимости продукции.
Наукоемкое производство — производство промышленной, сельскохозяйственной,
информационной и другой продукции мирового уровня качества по новейшим технологиям.
Незатылованный зуб лезвийного инструмента, незатылованный зуб,
остроконечный зуб (недопустимо) — зуб лезвийного инструмента с задней поверхностью,
форма которой не обеспечивает постоянство профиля режущей кромки при
повторных заточках по передней поверхности.
Неперекрытое машинное время — часть штучного времени, равная времени
функционирования средств технологического оснащения при использовании только
энергии неживой природы. Часть неперекрытого машинного времени, не
используемая для выполнения технологического процесса и управления им, называется
свободным производственным временем.
Неподвижное соединение — соединение, в котором отсутствует возможность
относительного перемещения составных частей изделия.
Непроходной калибр — предельный калибр с геометрическими параметрами
контролируемого элемента изделия, соответствующими минимально допустимому
количеству материала изделия.
708
Неработоспособное состояние технологической системы — состояние
технологической системы, при котором значение хотя бы одного параметра и (или)
показателя качества изготовляемой продукции, производительности, материальных и
стоимостных затрат на изготовление продукции не соответствует требованиям,
установленным в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Неработоспособное состояние технологической системы по затратам —
состояние технологической системы, при котором значение хотя бы одного параметра
материальных и стоимостных затрат не соответствует требованиям, установленным
в технической документации.
Неработоспособное состояние технологической системы по параметрам
продукции — состояние технологической системы, при котором значение хотя бы
одного параметра и (или) показателя качества изготовляемой продукции не
соответствует требованиям, установленным в нормативно-технической и (или)
конструкторской документации.
Неравномерная коррозия — сплошная коррозия, протекающая с неодинаковой
скоростью на различных участках поверхности металла.
Неразъемное соединение — соединение, при разработке которого нарушается
целостность составных частей изделия.
Неровность профиля — выступ профиля и сопряженная с ним впадина профиля.
Нестареющая сталь — низкоуглеродистая (до 0,15 % углерода) сталь со
стабилизирующими механическими свойствами. Требуемые свойства достигаются
технологией плавки (раскислением алюминием), а также термической обработкой и
введением небольших (по 0,05...0,1 %) добавок алюминия, титана, ванадия или ниобия.
Нестареющую сталь применяют главным образом в автомобиле- и котлостроении.
Нитевидная коррозия — коррозия, распространяющаяся в виде нитей,
преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями.
Нитроцементация — разновидность химико-термической обработки стали или
чугуна, заключающаяся в диффузионном насыщении из газовой среды поверхности
металла азотом и углеродом при 500...700 °С (низкотемпературная нитроцемента-
ция) или при 840...930 °С (высокотемпературная нитроцементация). По строению и
свойствам образующийся при нитроцементации диффузионный слой (0,25... 1,5 мм)
сходен с цианированным слоем. Нитроцементация повышает износостойкость,
сопротивление усталости металла, а в ряде случаев и его коррозионную стойкость.
Применяется для увеличения надежности деталей машин.
Новые материалы — материалы с качественно новым сочетанием свойств, а также
материалы, впервые освоенные промышленностью. Создание новых материалов
ведется в трех основных направлениях: 1) совершенствование существующих
материалов и создание заменителей дефицитного природного сырья; 2) разработка
композитов и сплавов с уникальными свойствами; 3) создание веществ с
принципиально новыми структурой и связями.
Номинальная площадь касания — геометрическое место всех возможных
фактических площадок контакта, ограниченное размерами соприкасающихся тел.
Вследствие волнистости и шероховатости поверхностей касания двух твердых тел всегда
дискретна, т.е. происходит в отдельных точках, а не по всей номинальной площади.
В точках касания развиваются высокие удельные нагрузки, приводящие к
взаимному внедрению неровностей. Неодинаковая высота неровностей обусловливает их
взаимное внедрение на разную глубину. От глубины внедрения и геометрического
очертания неровностей зависит характер нарушения фрикционных связей: упругое
709
и пластическое оттеснение, резание, что в свою очередь оказывает существенное
влияние на коэффициент трения и износ поверхностей.
Номинальная поверхность — идеальная поверхность, номинальная форма которой
задана чертежом или другой технической документацией.
Номинальная поверхность — поверхность, заданная в технической документации
без учета допускаемых отклонений (допусков).
Номинальный диаметр отверстия — диаметр цилиндра, вписанного в
теоретическую поверхность отверстия цилиндрической формы или диаметр в обозначенной
радиальной плоскости конуса, вписанного в теоретическую поверхность отверстия
конической формы.
Номинальный размер — 1) основной размер, определенный исходя из
функционального назначения детали и служащий началом отсчета отклонений.
Общий для отверстия и вала, составляющих соединение, номинальный размер
называется номинальным размером соединения; 2) размер, относительно которого
определяют предельные размеры и который служит также началом отсчета
отклонений.
Норма времени — регламентированное время выполнения некоторого объема
работ в определенных производственных условиях одним или несколькими
исполнителями соответствующей квалификации.
Норма вспомогательного времени — норма времени на осуществление действий,
создающих возможность выполнения основной работы, являющейся целью
технологической операции или перехода.
Норма выработки — регламентированный объем работы, которая должна быть
выполнена в единицу времени в определенных организационно-технических
условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.
Норма оперативного времени — норма времени на выполнение технологической
операции, являющаяся составной частью нормы штучного времени и состоящая из
суммы норм основного и неперекрываемого им вспомогательного времени.
Норма основного времени — норма времени на достижение непосредственной цели
данной технологической операции или перехода по качественному и (или)
количественному изменению предмета труда.
Норма подготовительно-заключительного времени — норма времени на
подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и
приведения их в первоначальное состояние после ее окончания.
Норма расхода материала на изделие — максимально допустимое плановое
количество материала на изготовление изделия при установленном качестве и условиях
производства. В составе нормы расхода следует учитывать массу изделия
(полезный расход материала), технологические отходы и потери материала.
Норма штучного времени — норма времени на выполнение объема работы, равной
единице нормирования, при выполнении технологической операции.
Нормальный задний угол — задний угол в нормальной секущей плоскости.
Нулевая линия — линия, соответствующая номинальному размеру, от которого
откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и
посадок. Положительные отклонения откладываются вверх от нулевой линии,
отрицательные — вниз.
Обдирочное шлифование, обдирка — шлифование, предназначенное для удаления
с заготовки дефектного слоя материала после литья, ковки, штамповки, прокатки и
710
сварки. Под дефектным слоем понимается слой материала, поверхность которого не
соответствует заданным требованиям.
Обеспечение технологичности конструкции изделия, обеспечение
технологичности — функция подготовки производства, включающая комплекс взаимосвязанных
мероприятий по управлению технологичности и совершенствованию условий
выполнения работ при производстве, техническом обслуживании и ремонте изделий.
Обжиг — нагрев и выдержка при высокой температуре различных материалов с
целью придания им необходимых свойств (например, твердости, прочности) или
удаления примесей. Окислительный обжиг применяют для удаления из руд серы,
летучих веществ и других примесей, восстановительный — для перевода
слабомагнитных минералов железных руд в магнитные с целью последующего обогащения
магнитной сепарацией.
Обкатка — 1) начальный период эксплуатации машин (после изготовления или
капитального ремонта), во время которого происходит приработка рабочих
поверхностей деталей, осадка прокладок и т. п.; характеризуется постоянным
уменьшением изнашивания деталей в течение определенного периода. По окончании обкатки
интенсивность изнашивания становится постоянной при дальнейшей работе
деталей в нормальных условиях. При обкатке необходимо соблюдать особый режим
эксплуатации и ухода; например, при обкатке автомобиля ограничивают скорость
его движения на разных передачах, сорта применяемого топлива, допускаемую
нагрузку и т. п.; 2) метод чистовой обработки зубчатых колес, состоящий в совместном
вращении обрабатываемого колеса и одного или нескольких эталонных колес с
окружной нагрузкой. В процессе обкатки достигается снижение шероховатости
поверхности зубьев, упрочнение и повышение точности профильных поверхностей колес.
Обкатной лезвийный инструмент, обкатной инструмент — профильный
лезвийный инструмент, режущая кромка которого при обработке образует профиль
обработанной поверхности как огибающей последовательных положений режущей
кромки относительно заготовки.
Облой — избыточный металл (заусенец) на отливке или штамповке. Облой вокруг
отливки возникает по кромке плоскости разъема формы из-за некоторого раскрытия
формы при заполнении ее жидким металлом (обрубается во время очистки
отливки). Облой вокруг штамповки образуется вследствие выдавливания лишнего
металла в открытых штампах (срезается на обрезных прессах).
Обновление производства — замена физически и морально устаревших элементов
производства, а также пополнение производства новыми, более прогрессивными
элементами. Обновление производства может быть частичным, когда заменяют
один или несколько элементом производства, или полным, когда заменяют средства
или предметы труда, технологии, организацию и управление выпускаемой продукции.
Обобщение — логический процесс перехода единичного к общему, от менее
общего к общему знанию, а также результат этого процесса — обобщенное понятие,
суждение, закон науки, теория.
Оболочковая форма — разовая тонкостенная литейная форма из 2-х скрепленных
рельефных полуформ с толщиной стенок 6... 10 мм. Оболочковые формы
изготовляют из смеси мелкого кварцевого песка с крепителем фенолформальдегидной
порошкообразной термореактивной смолой — пульвербакелитом на специальных
автоматических и полуавтоматических машинах. Термореактивная смола плавится
при нагревании и обволакивает зерна песка. Дальнейшее нагревание приводит к
затвердеванию крепителя и связыванию зерен песка в прочную оболочку. Полу-
711
формы спаривают по фиксаторам, с помощью скоб, струбцин или склеиванием. В
оболочковой форме получают отливки массой до 100 кг. Расход формовочной
смеси в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчано-глинистые формы.
Обрабатываемая поверхность — поверхность, подвергающаяся воздействию в
процессе обработки.
Обрабатываемая поверхность — поверхность, обрабатываемой детали, снимаемая
посредством резания.
Обрабатывающий центр — распространенное название многооперационного
станка с числовым программным управлением (ЧПУ). Обрабатывающий центр
оснащен инструментальным магазином большой емкости и устройствами для
автоматической смены инструмента. Станок позволяет вести механическую
обработку поверхностей заготовки различными способами — точением,
фрезерованием, сверлением и другими. Управление обработкой заготовки
осуществляется по заданной программе. В обрабатывающем центре сочетаются высокая
производительность, присущая специальным станкам-автоматам, с гибкостью и
быстротой переналаживания на другой режим работы, что характерно для
универсальных станков.
Обработка — действие, направленное на изменение свойств предмета труда при
выполнении технологического процесса.
Обработка давлением — обработка, заключающаяся в пластическом
деформировании или разделении материала (происходит без образования стружки).
Обработка металлов давлением — группа технологических процессов, в
результате которых происходит формоизменение заготовок без нарушения их
сплошности, т. е. пластической деформацией под влиянием приложенных внешних сил.
Основные методы обработки металлов давлением: прокатка, прессование, волочение,
ковка, штамповка. В результате обработки металлов давлением
физико-механические свойства металлов, как правило, улучшаются.
Обработка резанием — обработка, заключающаяся в образовании новых
поверхностей детали отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки
и осуществляемая режущими инструментами на металлорежущих станках.
Основными видами обработки резанием являются: точение, строгание, сверление,
фрезерование и зубофрезерование, шлифование, хонингование и др. Любой вид
обработки резанием характеризуется режимом резания, представляющим собой
совокупность следующих основных элементов: скорость резания v, глубина резания t и
подача S. Установление рациональных режимов резания оказывает существенное
влияние на эффективность обработки резанием. Повышение производительности
труда и экономное использование материала при обработке резанием связано с
расширением применения заготовок, формы и размеры которых максимально
приближаются к готовым деталям.
Дальнейшее направление развития обработки резанием: интенсификация
процессов резания, освоение обработки новых материалов, повышение точности и
качества обработки, применение упрочняющих процессов, механизации и
автоматизации обработки.
Обработка стали холодом — термическая обработка стали, заключающаяся в
охлаждении закаленной стали, в структуре которой имеется остаточный аустенит, до
температуры ниже 0 °С (обычно до -80 °С) с последующим нагревом на воздухе.
Это приводит к дополнительному образованию мартенсита. Обработку стали
холодом применяют для деталей, изготовленных из стали с высоким содержанием угле-
712
рода, с целью получения максимальной твердости и стабилизации размеров
закаленных деталей.
Обтачивание, обточка — обработка на токарных станках наружных поверхностей
тел вращения. Главное рабочее движение (вращение) обычно сообщается
обрабатываемой заготовке, а движение подачи — резцу.
Обучение промышленного робота — программирование промышленного робота, при
котором составление и ввод управляющей программы осуществляет человек-оператор
при помощи предварительного движения рабочего органа с занесением в устройство
управления значений параметров этих движений в виде управляющей программы.
Объединенный показатель для оценки ремонтопригодности — показатель для
оценки ремонтопригодности, представляющий собой сумму удельных показателей
одной размерности.
Объем выпуска продукции, объем выпуска, масштаб производства (недопустимо) —
количество изделий определенных наименований, типоразмеров и исполнений,
изготовляемых или ремонтируемых предприятием или его подразделением в течение
планируемого периода времени.
Объемная штамповка — один из основных способов обработки металла
давлением, при котором заготовка пластически деформируется с изменением всех размеров,
приобретая форму, соответствующую рабочей полости инструмента-штампа.
Объемную штамповку применяют в кузнечно-штамоповочном производстве при
крупносерийном и массовом изготовлении деталей машин и других изделий из
алюминиевых, магниевых, титановых сплавов и сталей.
Огранка — отклонение от круглости, при которой реальный профиль представляет
собой многогранную фигуру.
Однолезвийный инструмент — лезвийный инструмент для обработки одним лезвием.
Окислительное изнашивание — коррозионно-механическое изнашивание, при
котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей
средой.
Окончательная сборка — сборка изделия или его составной части, после которой
не предусмотрена их последующая разборка при изготовлении.
Оперативное время — время, выделяемое для выполнения определенной целевой
задачи.
Оперативное время — часть штучного времени, равная сумме основного и
вспомогательного времени.
Оперативное время ремонта — затрата времени исполнителя на выполнение
операции ремонта, определяемые конструкцией и техническим состоянием объекта.
оперативное время технического обслузкивания — затрата времени исполнителя
на выполнение операции технического обслуживания, определяемые конструкцией
и техническим состоянием объекта.
Оператор, человек-оператор — представитель одной из современных массовых
профессий, выполняющих определенные функции в автоматизированных системах
переработки информации и управления, обеспечивающий нормальную работу
технических средств этих систем.
Операционная партия — производственная партия или ее часть, поступающая на
рабочее место для выполнения технологической операции.
Операционное описание технологического процесса, операционное описание
процесса — полное описание технологических операций в последовательности их
выполнения с указанием переходов и технологических режимов.
713
Операционный контроль — контроль продукции или процесса во время
выполнения технологической операции или после ее завершения.
Операционный припуск, припуск, удаляемый при выполнении одной
технологической операции.
Операция технологическая — часть технологического процесса, выполняемая на
одном рабочем месте. Операция технологическая охватывает все действия
оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или
собираемыми объектами производства. Содержание операции технологической
изменяется в широких пределах. Это может быть работа, выполняемая или на отдельном
станке (сборочной установке) в обычном производстве, на автоматической линии
или гибкой производственной системе, представляющей собой комплекс
технологического оборудования, связанного единой транспортной системой и имеющей
единую систему управления в автоматизированном производстве. Операция
технологическая является основной частью технологического процесса. По операции
технологической определяют трудоемкость процесса и его техническое обеспечение
(оборудование, приспособления, инструмент), требующееся число
производственных рабочих.
Опорная база — база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы —
перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.
Опорная длина профиля — сумма длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне в
материале профиля линией, параллельной средней линии в пределах базовой длины.
Базовая длина, используемая для определения опорной линии профиля может быть
больше, чем та, которая обычно используется для оценки других параметров
шероховатости поверхности.
Опорная длина профиля — сумма длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне в
материале профиля линией, эквидистантной средней линии в пределах базовой
длины.
Опорная плоскость — плоскость на хвостовике инструмента, параллельная или
перпендикулярная к основной плоскости инструмента, которая применяется для
установки и ориентации инструмента при его изготовлении, заточке и измерении;
не все инструменты имеют ясно определяемую опорную плоскость.
Опорная точка — точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия
с выбранной системой координат: 1) для обеспечения неподвижности заготовки или
изделия в избранной системе координат на них необходимо наложить шесть
двусторонних связей, для создания которых необходим комплект баз; 2) если в
соответствии со служебным назначением изделие должно иметь определенное число
степеней свободы, то соответствующее число связей снимается.
Определитель комплексности автоматизации технологических процессов,
определитель комплексности автоматизации — качественная характеристика
состояния автоматизации технологических процессов или их систем, определяющая
наличие одной или более автоматизированных первичных составных частей.
Определитель комплексности механизации технологических процессов,
определитель комплексности механизации — качественная характеристика состояния
механизации технологических процессов или их систем, определяющая наличие одной
или более механизированных первичных составных частей.
Оптимизация — 1) процесс выбора наилучшего варианта из возможных; 2)
процесс приведения системы в наилучшее (оптимальное) состояние. Оптимизация
проводится на основе показателей качества, называемых критериями оптимальности.
714
Применяют при оценке качества изделий и машиностроения или эффективности
технологии их изготовления.
Опыт — воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях
проведения эксперимента для возможности регистрации его результатов.
Опытное производство — производство образцов, партий или серий для проведения
исследовательских работ или разработки конструкторской и технологической
документации для установившегося производства.
Опытный образец — образец продукции, изготовленный по вновь разработанной
рабочей документации, для проверки (проведением испытаний) его соответствия
заданным техническим требованиям с целью принятия решения о возможности
постановки на производство и (или) использования по назначению.
Организация технологической подготовки производства, организация ТПП —
формирование структуры технологической подготовки производства и подготовка
информационного математического и технического обеспечения, необходимого для
выполнения функций технологической подготовки производства.
Осадка — кузнечная операция, при которой уменьшается высота заготовки (слитка)
и увеличивается площадь его поперечного сечения; обычно предшествует протяжке
или прошивке.
Осевая обработка — лезвийная с вращательным глубоким движением резания при
постоянном радиусе его траектории и движении подачи только вдоль оси главного
движения резания.
Осевая составляющая силы трения — составляющая силы резания, параллельная
оси главного вращательного движения резания.
Осевое биение базового торца относительно отверстия — разность
наибольшего и наименьшего расстояний в осевом направлении между плоскостью,
перпендикулярной к оси кольца и базовым торцам кольца на расстоянии по радиусу от оси,
равном половине диаметра дорожки качения внутреннего кольца.
Осевое направление — направление, параллельное оси подшипника или кольца;
направление, параллельное оси подшипника или кольца, согласно определениям
можно рассматривать осевые направления, перпендикулярные плоскости,
касательной базовому торцу кольца или широкому торцу тугого кольца упорного
подшипника качения.
Осевой режущий инструмент, осевой инструмент — лезвийный инструмент для
обработки с вращательным главным движением резания и движением подачи вдоль
оси главного движения резания.
Основная база — конструкторская база данной детали или сборочной единицы,
используемая для определения их положения в изделии.
Основное время — 1) интервал времени, затрачиваемого на изменение состояния
предмета труда с помощью средств технологического оснащения или вручную в
процессе выполнения технологической операции; 2) часть штучного времени,
затрачиваемая на изменение и (или) определение состояния предмета труда.
Основное время ремонта — часть оперативного времени, затрачиваемая
исполнителем на выполнение операции ремонта без учета вспомогательного времени.
Основное время технического обслуживания — часть оперативного времени,
затрачиваемая исполнителем на выполнение операции технического обслуживания
без учета вспомогательного времени.
Основное время ремонта — часть оперативного времени, затрачиваемая
исполнителем на выполнение операции ремонта без учета вспомогательного времени.
715
Основное время технического обслуживания — часть оперативного времени,
затрачиваемая исполнителем на выполнение операции технического обслуживания
без учета вспомогательного времени.
Основное производство — цехи и участки промышленного предприятия,
перерабатывающие сырье, материалы и полуфабрикаты в готовую продукцию или ее
составные части. Цехи и участки, не занятые в основном производстве, составляют
вспомогательное производство.
Основной материал — материал исходной заготовки. К основному материалу
относится материал, масса которого входит в массу изделия при выполнении
технологического процесса, например, материал сварочного электрода, припоя и т. д.
Основной показатель автоматизации технологических процессов, основной
показатель автоматизации — показатель автоматизации технологических процессов
для обобщенной оценки качества автоматизации на определенном этапе ее
проведения, установленный в нормативно-технической документации.
Основной показатель механизации технологических процессов, основной
показатель механизации — показатель механизации технологических процессов для
обобщенной оценки качества механизации на определенном этапе ее проведения,
установленный в нормативно-технической документации.
Осциллирующее шлифование — шлифование, при котором абразивный
инструмент и (или) заготовка наряду с вращательным движением совершают возвратно-
поступательное движение.
Ось — деталь, обычно удлиненной цилиндрической формы, служащая для
поддержания вращающихся вместе с ней или вокруг нее различных деталей или
механизмов машины и не передающая вращательного момента. Невращающаяся ось
упирается на неподвижные опоры, а вращающаяся устанавливается в подшипниках.
Ось инструмента — воображаемая прямая линия с определенными
геометрическими соотношениями к установочным (базовым) поверхностям, применяемая для
изготовления и заточки инструмента и для крепления инструмента при его
употреблении, обычно, ось инструмента является центровой линией хвостовика или
посадочного отверстия и параллельна или перпендикулярна к установочным (базовым)
поверхностям, хотя она может быть центровой линией конической поверхности, как
в коническом хвостовике, если ось неясно выражена, то она определяется
конструктором.
Отбеливание чугуна — получение белого чугуна, обладающего повышенной
твердостью и износоустойчивостью, путем местного увеличения скорости охлаждения
отливки. Осуществляется установкой в литейную форму металлических вставок-
холодильников. Применяют белый чугун для лемехов плугов, ободьев вагонных
колес и т. д.
Отделочная обработка, финишная обработка — заключительные операции
механической обработки деталей машин, обеспечивающие высокое качество
обработанных поверхностей. К отделочной обработке относятся тонкое точение,
растачивание, фрезерование, шевингование, чистовое (отделочное) шлифование, доводка,
притирка, полирование, хонингование, суперфиниширование, а также операции
обработки поверхностей без снятия стружки — волочение, чеканка, вальцовка,
калибрование, обкатка. К разновидностям отделочной обработки относятся
упрочняюще-отделочная обработка поверхностным пластическим деформированием —
раскатка роликами и шариками, дробеструйной обработкой, обкаткой зубчатыми
валками, пуансонирование, дорнованием и т. п.
716
Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов, главным образом
сталей и чугунов, заключающийся в нагреве до определенной температуры, выдержке
и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются
процессы возврата (отдыха) металлов, рекристаллизации и гомогенизации. Цели
отжига — снижение твердости для повышения обрабатываемости, улучшения
структуры и достижение большой однородности металла, снятие внутренних
напряжений.
Полный отжиг стали состоит в ее нагреве на 30...50°С выше температуры
полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном
охлаждении до 500...600 °С для образования феррита и перлита. Скорость
охлаждения для углеродистых сталей около 50... 100 °С/ч. Если охлаждение ведется на
воздухе, происходит нормализация. Неполный отжиг стали состоит в нагреве до
температур между нижней и верхней критическими точками и последующем
медленном охлаждении. Чаще всего этот вид отжига применяют для получения
структуры зернистого перлита, что приводит к снижению твердости и улучшению
обрабатываемости резанием.
Отклонение от перпендикулярности оси (или прямой) относительно
плоскости в заданном направлении — отклонение угла между проекцией оси
поверхности вращения (прямой) на плоскость заданного направления (перпендикулярную
заданной плоскости) и базовой плоскостью от прямого угла выраженное в
линейных единицах на длине нормируемого участка.
Отклонение от перпендикулярности оси (или прямой) относительно
плоскости — отклонение угла между осью поверхности вращения (прямой) и базовой
плоскостью от прямого угла, выраженное в линейных единицах на длине
нормируемого участка.
Отклонение от перпендикулярности плоскостей — отклонение угла между
плоскостями от прямого угла, выраженное в линейных единицах на длине
нормируемого участка.
Отклонение от перпендикулярности плоскости или оси (или прямой)
относительно оси (прямой) — отклонение угла между плоскостью или осью (прямой) и
базовой осью от прямого угла, выраженное в линейных единицах на длине
нормируемого участка.
Отклонение от плоскостности — наибольшее расстояние от точек реальной
поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка.
Отклонение от прямолинейности в плоскости — наибольшее расстояние от
точек реального профиля до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка.
Отклонение от прямолинейности оси (или линии) в пространстве — наименьшее
значение диаметра цилиндра, внутри которого располагается реальная ось
поверхности вращения (линия) в пределах нормируемого участка.
Отклонение от прямолинейности оси (или линии) в заданном направлении —
наименьшее расстояние между двумя параллельными плоскостями,
перпендикулярными к плоскости заданного направления, в пространстве между которыми
располагается реальная ось поверхности вращения (линия) в пределах
нормируемого участка.
Отклонение от симметричности относительно базового элемента — наибольшее
расстояние между плоскостью симметрии (осью) рассматриваемого элемента (или
элементов) и плоскостью симметрии базового элемента в пределах нормируемого
участка.
717
Отклонение от симметричности относительно общей плоскости симметрии —
наибольшее расстояние между плоскостью симметрии (осью) рассматриваемого
элемента (элементов) и общей плоскостью симметрии двух или нескольких
элементов в пределах нормируемого участка.
Отклонение от соосности относительно общей оси — наибольшее расстояние
между осью рассматриваемой поверхности вращения и общей осью двух или
нескольких поверхностей вращения по длине нормируемого участка.
Отклонение от соосности относительно оси базовой поверхности — наибольшее
расстояние между осью рассматриваемой поверхности вращения и осью базовой
поверхности на длине нормируемого участка.
Отклонение от сферической формы — наибольшее расстояние в радиальном
направлении между точками реальной поверхности и сферы, расположенной вне
материала и описанной или вписанной в эту поверхность.
Отклонение от сферической формы (в основном, сферической поверхности) —
наибольшее расстояние в любой экваториальной плоскости между сферой,
вписанной в поверхность (внутренняя поверхность) или описанной вокруг поверхности
(наружная поверхность), и любой точкой на поверхности.
Отклонение от цилиндрической формы (в основном цилиндрической
поверхности) — наибольшее расстояние в радиальном направлении в любой радиальной
плоскости между цилиндром, вписанным в поверхность (внутренняя поверхность)
или описанным вокруг поверхности (наружная поверхность) и любой точкой на
поверхности.
Отклонение расстояния от базового торца до средней плоскости заготовки —
разность действительного и номинального расстояний от базового торца заготовки
до ее средней плоскости.
Отклонение формы — отклонение формы реальной поверхности или реального
профиля от формы номинальной поверхности или номинального профиля,
количественно отклонение формы оценивается наибольшим расстоянием от точек
реальной поверхности (профиля) до прилегающей поверхности по нормали к
прилегающей поверхности. Шероховатость поверхности не включается в отклонение формы,
в обоснованных случаях допускается нормировать отклонение формы, включая
шероховатость поверхности. Волнистость включается в отклонение формы, в
обоснованных случаях допускается нормировать отдельно волнистость поверхности или
часть отклонения формы без учета волнистости.
Отклонение формы заданного профиля — наибольшее отклонение точек
реального профиля от номинального профиля, определяемое по нормали к номинальному
профилю в пределах нормируемого участка.
Отклонение формы заданного профиля — наибольшее отклонение точек
реального профиля от номинального профиля, определяемое по нормали к номинальному
профилю в пределах нормируемого участка.
Отливка — заготовка или деталь, получаемая заливкой расплавленного металла,
горной породы, шлака, стекла, пластмассы и т. д. в литейную форму. Удаленная из
формы отливка подвергается очистке и обрубке, при которой отрезаются литники и
прибыли. Металлические отливки изготовляют из серого, ковкого и легированного
чугунов (до 70 % всех отливок по массе), углеродистых и легированных сталей
(свыше 20 %) и цветных сплавов (медных, алюминиевых и др.).
Относительная износостойкость — отношение значений показателей
износостойкости двух различных антифрикционных подшипниковых материалов при из-
718
нашивании в одинаковых условиях, или отношение интенсивности изнашивания
одного материала к интенсивности изнашивания другого в одинаковых условиях,
или отношение износостойкости одного подшипникового материала к
износостойкости другого при изнашивании в одинаковых условиях.
Отпуск металлов — вид термической обработки сталей и других сплавов,
осуществляется после закалки и представляет собой нагрев до некоторой температуры с
последующим охлаждением (как правило, на воздухе или в воде). Термин отпуск
применим главным образом к термообработке стали; отпуск цветных сплавов
обычно называется искусственным старением. Сталь в результате закалки
приобретает не только твердость, но и хрупкость, что является нежелательным; кроме того,
высокая твердость затрудняет окончательную механическую обработку детали.
Чтобы уменьшить хрупкость и повысить пластичность закаленной стали, ее подвергают
отпуску. Различают низкий (при температуре 120...250 °С), средний (300...400 °С) и
высокий (450...65Q °С) отпуск (последний называется также улучшением). Выбор
режима отпуска определяется требуемым соотношением прочности и пластичности
стали.
Отрезание — обработка резанием, заключающаяся в отделении заготовки в
качестве части от целого вдоль одной ее стороны.
Охватывающее фрезерование — фрезерование инструментом, зубья которого
расположены на внутренней поверхности его корпуса.
Оценка качества продукции количественная — определение численных значений
показателей качества продукции для лучшей обоснованности выбора оптимальных
решений при управлении качеством продукции. Оценку качества продукции
применяют при решении разнообразных задач. Важнейшими из них являются: выбор
оптимального варианта продукции из некоторого числа сравниваемых вариантов,
планирование, контроль и аттестация качества продукции, изучение динамики
качества продукции и информация о качестве продукции.
Оценка технического уровня продукции — совокупность операций, включающая
выбор номенклатуры показателей, характеризующих техническое совершенство
оцениваемой продукции, определение значения этих показателей и сопоставление
их с базовыми.
Оценка технического уровня производства — совокупность операций,
включающая выбор номенклатуры показателей, характеризующих техническое и
организационное совершенство производства предприятия в целом, отдельных видов
производств, технологических процессов изготовления изделия в целом и действующих
отдельных технологических процессов; определение этих показателей и
сопоставление их с базовыми.
Оценка уровня качества продукции — совокупность операций, состоящих в
выборе номенклатуры показателей качества оцениваемой продукции, определении
значений этих показателей и сопоставлении их с базовыми. Оценка уровня качества
продукции является основой для выработки необходимых управляющих решений в
системе управления качеством продукции. Оценка уровня качества продукции
осуществляется при разработке множества практических задач, в том числе: при
решении вопросов, связанных с постановкой на производство новых видов продукции и
со снятием с производства устаревших видов продукции, при ее аттестации; при
анализе динамики качества продукции, при оценке научно-технического уровня
вновь разрабатываемых и пересматриваемых стандартов на продукцию; при
решении задач ценообразования и др.
719
Очистка отливок — совокупность операций, выполняемых после удаления
отливок из форм: снятие остатков формовочной смеси, литейных приливов, устранение
внешних литейных дефектов (заливов, наростов, заусенцев и др.). За операцией
предварительной очистки отливок следует обрубка или обрезка элементов
литниковой системы, затем обработка отливки с помощью дробометных и дробеструйных
аппаратов, обработка в очистных камерах, барабанах и т. д.
Параметрический отказ технологической системы, параметрический отказ —
отказ технологической системы, при котором сохраняется ее функционирование, но
происходит выход одного или нескольких параметров технологического процесса
за пределы, установленные в нормативно-технологической и (или) конструкторской
и технологической документации.
Паровоздушный молот — молот, в приводе которого в качестве энергоносителя
может быть использован влажный, сухой насыщенный или перегретый пар, а также
воздух давлением 0,5...0,9 МПа. По конструктивному исполнению паровоздушные
молоты бывают одно- и двухстоечные. Применяют для ковки и горячей объемной
штамповки.
Паскаль (по имени французского ученого Б. Паскаля (В. Pascal; 1623-62)) —
единица давления (в том числе звукового и осмотического), а также механического
напряжения в СИ. Обозначение — Па. Один Па равен давлению, при котором сила
1 Н равномерно распределяется по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2.
1 Па = 0,102 кгс/м2 = 7,5 • 10~3 мм рт. ст. = 0,102 мм вод. ст.
Пассивный эксперимент — эксперимент, при котором уровни факторов в каждом
опыте регистрируются исследователем, но не задаются.
Переход технологический — законченная часть технологической операции,
характеризующаяся постоянством режима, применяемого инструмента и поверхностей,
образуемых обработкой или соединяемых при сборке.
Периодическая прокатка — прокатка с периодическим обжатием прокатываемой
полосы по длине; осуществляется валками, имеющими переменный радиус по
периметру относительно оси вращения или поворота. Применяют периодическую
прокатку для получения периодических профилей и труб на пилигримовых станах и
станах холодной прокатки.
Периферийный зуб лезвийного инструмента, периферийный зуб — зуб
лезвийного инструмента, выступающий из корпуса в радиальном направлении.
Периферийный зуб может быть наружным или внутренним.
Пиноль (от нем. Pinole ) — деталь металлорежущего станка, выполненная обычно в
форме гильзы, которую можно перемещать в осевом направлении (обычно
шпиндель задней бабки токарного станка). В пиноль закрепляют режущий инструмент
или приспособление для поддержания обрабатываемой детали.
Плазменная резка — резка металлов и неметаллических материалов струей
плазмы. Различают плазменную резку: независимой плазменной струей, когда
разрезаемая заготовка не включается в электрическую цепь дуги, и плазменную резку
плазменной дугой. Плазменную резку используют для резки высоколегированных
коррозионно-стойких сталей, алюминиевых и медных сплавов толщиной до 300 мм и
некоторых неметаллических материалов (например, керамических).
Плазменная технология — совокупность процессов изготовления и обработки
изделий и материалов с помощью компонентов газоразрядной плазмы — ионов,
электронов, свободных радикалов и др. Плазменная технология позволяет изме-
720
нить форму, размеры, структуру обрабатываемого изделия или состояние его
поверхности.
Пластинчатый конвейер — конвейер для непрерывного транспортирования
штучных грузов в горизонтальной плоскости или в плоскости с небольшим
наклоном. Тяговый элемент пластинчатого конвейера 1-2 цепи, грузонесущий —
настил, который может быть жестким металлическим, реже — деревянным,
пластмассовым, резинотканевым. Пластинчатый конвейер состоит из отдельных
пластин.
Пластичность (от греч. plastokos — годный для лепки, податливый) — свойство
твердых тел необратимо деформироваться под действием механических нагрузок.
Пластическая деформация связана с разрывом некоторых межатомных связей и
образованием новых. Пластичность определяет возможность технологических
операций обработки материалов давлением (ковки, прокатки и др.).
Плоское суперфиниширование — суперфиниширование плоской поверхности.
Плоское хонингование — хонингование плоской поверхности.
Плоское шлифование — шлифование плоской поверхности.
Пневматический молот — молот для ковки заготовок с воздействием на них
падающих частей массой 50... 1000 кг. Рабочая среда пневматического молота —
воздух, сжимаемый в цилиндре компрессора поршнем, приводимым в движение от
кривошипно-ползунного механизма. Пневматические молоты могут быть простого
и двойного действия.
Поверхность главного движения — поверхность, образуемая режущей кромкой в
главном движении резания.
Поверхность резания — поверхность, образуемая режущей кромкой в
результирующем движении.
Погрешность базирования — отклонение фактически достигнутого положения
заготовки или изделия при базировании от требуемого.
Погрешность обката — составляющая кинематической погрешности зубчатого
(червячного) колеса, определяемая при вращении его на технологической оси и при
исключении циклических погрешностей зубцовой частоты и кратных ей более
высоких частот.
Погрешность отработки траектории рабочего органа промышленного робота —
отклонение траектории рабочего органа промышленного робота от заданной
управляющей программой.
Погрешность позиционирования рабочего органа автооператора — отклонение
положения рабочего органа автооператора от заданного управляющей программой.
Погрешность позиционирования рабочего органа манипулятора — отклонение
положения рабочего органа манипулятора от заданного управляющей программой.
Погрешность прибора — разность между значением параметра поверхности,
определенным реальным оператором, и значение этого же параметра, определенным
оптимальным оператором.
Подача при обработке на металлорежущих станках — отношение расстояния,
пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль
траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или
определенных долей цикла другого движения во время резания к числу определенных
долей цикла этого другого движения.
Под циклом движения понимают полный оборот, ход или двойной ход
режущего инструмента или заготовки. Долей цикла является часть оборота, соответст-
721
вующая угловому шагу зубьев режущего инструмента. Под ходом понимают
движение в одну сторону при возвратно-поступательном движении.
Подача — движение, создаваемое металлорежущим станком или вручную и
вызывающее дополнительное относительное движение между инструментом и
обрабатываемой деталью, которое в сочетании с главным движением приводит к
повторному или непрерывному съему стружки и созданию обработанной поверхности с
требуемыми геометрическими характеристиками. Движение это может
осуществляться ступенчато или непрерывно; в любом случае оно обычно потребляет
небольшое количество общего усилия, требуемого для осуществления процесса
обработки. В некоторых процессах обработки, например, в нарезании резьбы метчиком
и протягивании, подача не требуется, а обработка осуществляется применением
нескольких режущих кромок, которые размещены так, что подаются к заготовке
заданным способом. В таких случаях подача определяется как движение, которое
сообщалось бы металлорежущим станком воображаемой одной режущей кромки
для получения того же результата, что и применение нескольких режущих кромок,
которыми фактически снабжен инструмент.
Подача на двойной ход — подача, соответствующая одному двойному ходу
заготовки или инструмента.
Подача на зуб — подача, соответствующая повороту инструмента или заготовки на
один угловой шаг зубьев режущего инструмента.
Подача на оборот — подача, соответствующая одному обороту инструмента или
заготовки.
Подвесной конвейер — конвейер, транспортирующий орган которого — каретки,
перемещающиеся по подвесному пути под действием тяговой сети или каната.
Каретки имеют подвески с крюками, траверсами, этажерками, люльками и т. п.
Применяют подвесные конвейеры в поточном производстве для транспортирования
штучных грузов, например, деталей при конвейерной сборке, готовой продукции с
одного этажа на другой и т. п.
Подготовительно-заключительное время — интервал времени, затрачиваемый на
подготовку исполнителя (или исполнителей) и средств технологического
оснащения к выполнению технологической операции, а также приведению
технологических средств в порядок после окончания смены и (или) выполнения этой операции
для партии предметов труда.
Подсистема количественных характеристик механизации технологических
процессов, подсистема количественных характеристик механизации —
совокупность количественных характеристик механизации технологических процессов,
используемая в системе характеристик механизации.
Подсистема технологической системы, подсистема — технологическая система,
выделяемая по функциональному или структурному признаку из технологической
системы более высокого уровня.
Подшипник — опора или направляющая, которая определяет положение
движущихся частей по отношению к другим частям механизма.
Подшипник качения — подшипник, работающий по принципу трения качения.
Подшипник скольжения — 1) подшипник, выполняющий рабочие функции на
основе трения скольжения; 2) подшипник, в котором имеет место трение
скольжения.
Позиционное управление промышленным роботом — управление
исполнительным устройством промышленного робота, при котором движение его рабочего ор-
722
гана происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории
движения между ними.
Позиционный допуск — 1) допуск в диаметральном выражении — удвоенное
наибольшее допускаемое значение позиционного отклонения элемента. 2) допуск в
радиусном выражении — наибольшее допускаемое значение позиционного
отклонения элемента.
Позиция — фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной
обрабатываемой заготовкой или собираемое сборочной единицей совместно с
приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при
выполнении определенной части операции.
Показатели технологичности — показатели качества, характеризующие свойства
продукции, обуславливающие оптимальное распределение затрат материалов,
средств, труда и времени при технологической подготовке производства,
изготовлении и эксплуатации продукции.
Показатели точности — погрешности функциональных параметров —
кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев (комплексные показатели) или
геометрических элементов (элементные показатели) зубчатого колеса и передачи,
величины которых ограничиваются предельными значениями и могут быть
проконтролированы.
Показатель автоматизации технологических процессов, показатель
автоматизации — количественная характеристика автоматизации технологических процессов,
устанавливаемая в соответствии с условиями ее применения.
Показатель механизации технологических процессов, показатель механизации —
количественная характеристика механизации технологических процессов,
устанавливаемая в соответствии с условиями ее применения.
Показатель технологичности конструкции изделия, показатель технологичности —
количественная характеристика технологичности.
Поковка — изделие или заготовка, полученные технологическим методом ковки.
Поле допуска — интервал значений размеров, ограниченный предельными
размерами; оно определяется величиной допуска и его расположением относительно
номинального размера.
Поле допуска наклона оси (или прямой) относительно оси (или прямой) или
плоскости — область на плоскости, ограниченная двумя параллельными прямыми,
отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску наклона, и
расположенными под номинальным углом к базовой оси (прямой) или базовой плоскости.
Поле допуска наклона плоскости или оси (или прямой) — область в
пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на
расстоянии, равном допуску наклона, и расположенными под номинальным углом к
базовой плоскости или базовой оси (прямой).
Поле допуска параллельности осей (или прямых) в пространстве — 1) область в
пространстве, ограниченная прямоугольным параллелепипедом, стороны сечения
которого равны соответственно допуску параллельности осей (прямых) в общей
плоскости и допуску перекоса осей (прямых), а боковые грани параллельны базовой
оси и соответственно параллельны и перпендикулярны общей плоскости осей;
2) область в пространстве, ограниченная цилиндром, диаметр которого равен
допуску параллельности, а ось параллельна базовой оси.
Поле допуска параллельности оси (или прямой) в пространстве — область в
пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг
723
от друга на расстоянии, равном допуску параллельности, и параллельными базовой
плоскости или базовой оси.
Поле допуска параллельности плоскостей — область в пространстве,
ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии,
равном допуску параллельности Т, и параллельными базовой плоскости.
Поле допуска параллельности прямых в плоскости — область на плоскости,
ограниченная двумя параллельными прямыми, отстоящими друг от друга на
расстоянии, равном допуску параллельности Т, и параллельными базовой прямой.
Поле допуска пересечения осей — область в пространстве, ограниченная двумя
параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном
допуску пересечения в диаметральном выражении или удвоенному допуску
пересечения в радиусном выражении, и расположенными симметрично относительно
базовой оси.
Поле допуска перпендикулярности оси (или прямой) относительно плоскости в
заданном направлении — область на плоскости заданного направления,
ограниченная двумя параллельными прямыми, отстоящими друг от друга на расстоянии,
равном допуску перпендикулярности, и перпендикулярными к базовой плоскости.
Поле допуска перпендикулярности плоскостей — область в пространстве,
ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии,
равном допуску перпендикулярности, и перпендикулярными базовой плоскости.
Поле допуска перпендикулярности плоскости или оси (или прямой)
относительно оси (прямой) — область в пространстве, ограниченная двумя
параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску
перпендикулярности, и перпендикулярными базовой оси (прямой).
Поле допуска плоскостности — область в пространстве, ограниченная двумя
параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном
допуску плоскостности.
Поле допуска полного радиального биения — область в пространстве,
ограниченная двумя цилиндрами, ось которых совпадает с базовой осью, а боковые
поверхности отстоят друг от друга на расстоянии, равном допуску полного радиального биения.
Поле допуска полного торцового биения — область в пространстве, ограниченная
двумя параллельными плоскостями, отстоящим друг от друга на расстоянии,
равном допуску полного торцового биения и перпендикулярными базовой оси.
Поле допуска профиля продольного сечения — области на плоскости, проходящей
через ось цилиндрической поверхности, ограниченные двумя парами параллельных
прямых, имеющих общую ось симметрии и отстоящих друг от друга на расстоянии,
равном допуску профиля продольного сечения.
Поле допуска прямолинейности в плоскости — область на плоскости,
ограниченная двумя параллельными прямыми, отстоящими друг от друга на расстоянии,
равном допуску прямолинейности Т.
Поле допуска прямолинейности оси (или линии) в пространстве — 1) область в
пространстве, диаметр которой равен допуску прямолинейности; 2) область в
пространстве, ограниченная прямоугольным параллелепипедом, стороны сечения которого
равны допускам прямолинейности оси (линии) в двух взаимно перпендикулярных
направлениях, а боковые грани соответственно перпендикулярны плоскостям заданных
направлений; 3) область в пространстве, ограниченная двумя параллельными
плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску прямолинейности оси
(или линии) и перпендикулярными плоскостями заданного направления.
724
Поле допуска радиального биения — область на плоскости, перпендикулярной
базовой оси, ограниченная двумя концентрическими окружностями с центром,
лежащим на базовой оси, и отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску
радиального биения.
Поле допуска расположения — область в пространстве или заданной плоскости,
внутри которой должен находиться прилегающий элемент или ось, центр, плоскость
симметрии в пределах нормируемого участка, ширина или диаметр поля допуска
определяется значением допуска, а расположение относительно баз определяется
номинальным расположением рассматриваемого элемента.
Поле допуска резьбы — совокупность полей допусков наружного, среднего и
внутреннего диаметров резьбы.
Поле допуска симметричности — область в пространстве, ограниченная двумя
параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном
допуску симметричности в диаметральном выражении или удвоенному допуску
симметричности в радиусном выражении, и симметричная относительно базовой
плоскости симметрии или базовой оси.
Поле допуска соосности — область в пространстве, ограниченная цилиндром,
диаметр которого равен допуску соосности в диаметральном выражении или
удвоенному допуску соосности в радиусном выражении, а ось совпадает с базовой осью.
Поле допуска торцового биения — область на боковой поверхности цилиндра,
диаметр которого равен заданному или любому (в том числе и наибольшему)
диаметру торцовой поверхности, а ось совпадает с базовой осью, ограниченная двумя
параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном
допуску торцового биения, и перпендикулярными базовой оси.
Поле допуска формы — область в пространстве или на плоскости, внутри которой
должны находиться все точки реального рассматриваемого элемента в пределах
нормируемого участка. Ширина или диаметр поля допуска определяется значением
допуска, а расположение относительно реальной поверхности определяется
прилегающим элементом.
Поле допуска формы заданной поверхности — область на заданной плоскости
сечения поверхности, ограниченная двумя линиями, эквидистантными
номинальному профилю, и отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску формы
заданного профиля в диаметральном выражении или удвоенному допуску формы
заданного профиля в радиусном выражении, линии, ограничивающие поле допуска,
являются огибающими семейства окружностей, диаметр которых равен допуску
формы заданного профиля в диаметральном выражении, а центры находятся на
номинальном профиле.
Поле допуска формы заданной поверхности — область в пространстве,
ограниченная двумя поверхностями, эквидистантными номинальной поверхности, и
отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску формы заданной
поверхности в диаметральном выражении или удвоенному допуску формы заданной
поверхности в радиусном выражении. Поверхности, ограничивающие поле допуска,
являются огибающими семейства сфер, диаметр которых равен допуску формы
заданного профиля в диаметральном выражении, а центры находятся на номинальной
поверхности.
Поле допуска цилиндричности — область в пространстве, ограниченная двумя
соосными цилиндрами, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску
цилиндричности.
725
Поле позиционного допуска оси (или прямой) в плоскости — область на
плоскости, ограниченная двумя параллельными прямыми, отстоящими друг от друга на
расстоянии, равном позиционному допуску в диаметральном выражении или
удвоенному позиционному допуску в радиусном выражении, и симметричная
относительно номинального расположения рассматриваемой оси (прямой).
Поле позиционного допуска оси (или прямой) в пространстве — 1) область в
пространстве, ограниченная цилиндром, диаметр которого равен позиционному
допуску в диаметральном выражении или удвоенному позиционному допуску в
радиусном выражении, а ось совпадает с номинальным расположением
рассматриваемой оси (прямой); 2) область в пространстве, ограниченная прямоугольным
параллелепипедом, стороны сечения которого равны позиционным допускам в
диаметральном выражении или удвоенном позиционным допускам в радиусном
выражении в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а боковые грани
соответственно перпендикулярны плоскостям заданных направлений.
Поле позиционного допуска плоскости симметрии или оси в заданном
направлении — область в пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями,
отстоящими друг от друга на расстоянии, равном позиционному допуску в
диаметральном выражении или удвоенному позиционному допуску в радиусном
выражении, и симметричными относительно номинального расположения
рассматриваемой плоскости симметрии или оси; для позиционных допусков оси в заданном
направлении плоскости, ограничивающие поле допуска, перпендикулярны заданному
направлению.
Поле суммарного допуска формы и расположения — область в пространстве или
на заданной поверхности, внутри которой должны находиться все точки реальной
поверхности в пределах нормируемого участка.
Полная автоматизация технологических процессов, полная автоматизация —
автоматизация технологических процессов или их систем, при которой все затраты
энергии людей заменены затратами энергии неживой природы, включая управление.
Полная механизация технологических процессов, полная механизация —
механизация технологических процессов или их систем, при которой все затраты энергии людей
заменены затратами энергии неживой природы, исключая (включая) управление.
Полное машинное время, машинное время — часть штучного времени, равная
времени функционирования средств технологического оснащения при
использовании энергии неживой природы совместно с энергией людей и без нее.
Полное радиальное биение — разность наибольшего и наименьшего расстояний от
всех точек реальной поверхности в пределах нормируемого участка до базовой оси.
Полное торцовое биение — разность наибольшего и наименьшего расстояний от
точек всей торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси.
Полуавтомат — машина или агрегат, самостоятельно совершающий один полный
рабочий цикл, для которых необходимо внешнее вмешательство лишь для
повторения цикла. Например, металлорежущий станок-полуавтомат выполняет весь цикл
обработки заготовки и возвращает механизмы станка в исходное положение
самостоятельно; установку заготовки, пуск станка и снятие обрабатываемой детали
выполняет рабочий.
Поперечная прокатка — прокатка, при которой заготовке придается вращательное
движение относительно ее оси и, следовательно, она обрабатывается в поперечном
направлении. Поперечную прокатку применяют для обработки только тел вращения
(например, зубьев зубчатых колес).
726
Попутное фрезерование — фрезерование, при котором в месте контакта
инструмента и заготовки векторы скоростей главного движения резания и движения
подачи заготовки относительно инструмента направлены в одну сторону.
Попутное шлифование — шлифование, при котором векторы скоростей заготовки
и абразивного инструмента в точке взаимного касания совпадают по направлению.
Порошковая металлургия — производство порошков металлов и изделий из них,
их смесей и композиций с неметаллами. Порошки вырабатываются механическим
измельчением или распылением жидких исходных металлов, высокотемпературным
восстановлением и термической диссоциацией летучих соединений, электролизом и
другими методами. Изделия получают обычно прессованием с последующей или
одновременной термической обработкой без расплавления основного компонента.
Методами порошковой металлургии изготовляют изделия из материалов, получение
которых другими способами невозможно (например, из нерасплавляющихся
металлов, композиций металлов с неметаллами) или экономически невыгодно. С
помощью порошковой металлургии получают тугоплавкие и твердые материалы и
сплавы, пористые, фрикционные и другие материалы и изделия из них.
Портал (нем. Portal, от лат. porta — вход, ворота) — в технике П-образная часть
конструкции или машины, например опорная часть грузоподъемного портального
крана, станины металлорежущего станка.
Посадка — характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся
в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует большую или меньшую свободу
относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их
взаимному смещению.
Посадочное отверстие — отверстие в инструменте, служащее для насаживания и
крепления инструмента на шпинделе и оправке.
Посадочное отверстие режущего инструмента, посадочное отверстие —
крепежная часть режущего инструмента в виде поверхности отверстия.
Постулат (лат. postulatum — требуемое) — принцип или утверждение некоторой
научной теории, принятые в ней в качестве исходного.
Поточная линия — комплекс оборудования, взаимно связанного и работающего
согласованно с определенным заданным тактом (ритмом) по единому
технологическому процессу. На каждом рабочем месте выполняются определенные операции на
одной или нескольких технологических сходных заготовках. Рабочие места
размещаются в соответствии с заданной последовательностью технологического
процесса. Заготовки передаются с одного рабочего места на другое с помощью
транспортного средств, главным образом конвейеров. Поточные линии обеспечивают
непрерывность технологического процесса, позволяют механизировать его. Поточные
линии распространены на предприятиях с массовым и серийным производством.
Поточное производство — метод организации производства, при котором
обеспечивается согласованность и непрерывность производственного процесса.
Оборудование на предприятии располагается в соответствии с технологической
последовательностью операций, а предметы труда перемещаются механическими
устройствами в определенном направлении (например, на конвейерах). Поточные методы
позволяют в широких масштабах механизировать различные работы, применять
высокопроизводительное оборудование, автоматические машины, поточные линии.
Наиболее эффективная и экономичная организация производства — непрерывно-
поточное производство однородной массовой продукции. Важнейшее условие
введения поточного производства — его специализация.
727
Пояснительная записка — документ, содержащий описание устройства и
принципа действия разрабатываемого изделия, а также обоснования принятых при его
разработке технических и технико-экономических решений.
Правка — 1) устранение искаженной формы заготовки пластическим
деформированием. Правку выполняют вручную (с помощью слесарных инструментов) или на
специальном оборудовании — правильных машинах, молотах, прессах и др.; 2)
восстановление режущей способности металлорежущего инструмента (шлифовальных
кругов, резцов, сверл и др.), утраченной в процессе работы.
Праворежущий инструмент — лезвийный инструмент для обработки с
вращательным главным движением резания в направлении по часовой стрелке, если
смотреть со стороны крепежной части.
Предельное отклонение — алгебраическая разность между предельным и
номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее отклонения.
Предельные размеры — два предельных значения размера, между которыми
должен находиться действительный размер, большее из них называется наибольшим
предельным размером, меньшее — наименьшим предельным размером.
Предельный износ — износ, соответствующий предельному состоянию
изнашиваемого изделия или его составной части.
Предельный калибр — калибр, воспроизводящий проходной и (или) непроходной
пределы геометрических параметров элементов изделия.
Предпочтительные числа — система параметрических десятичных рядов чисел,
построенных по геометрической прогрессии со знаменателем vlO, где п = 5, 10, 20,
40, 80 — номера рядов, безграничных как в большую, так и в меньшую сторону и
обладающих свойствами, которые позволяют применять их при выборе основных и
базовых размеров, параметров и характеристик изделий. Система
предпочтительных чисел дает возможность устанавливать наиболее рациональную
закономерность построения параметрических рядов изделий и согласовывать основные
взаимосвязанные параметры и размеры в различных отраслях промышленности. В
машиностроении, например, широко пользуются рядами линейных размеров при
конструировании машин и механизмов.
Прерывистая режущая кромка — режущая кромка особой формы, служащая для
предотвращения застревания стружки в местах ее образования. Такие прерывистые
режущие кромки часто используются для уменьшения размера отдельных стружек,
образованных инструментом, например, в цилиндрической фрезе.
Прессовое соединение — соединение составных частей изделия с гарантированным
натягом вследствие того, что размер охватываемой детали больше
соответствующего размера охватывающей детали.
Пресс (франц. presse, от лат. presso — давлю, жму) — машина для обработки
давлением, рабочий орган которой оказывает неударное (статическое) воздействие на
материал. На прессах обрабатывают металлические материалы, пластмассы, глину,
известь, керамические массы, стружку, металлический лом (скрап), фанеру, резину,
кожу, тесто и многое другое. Прессы используют также для сборочных операций
(запрессовки, фальцовки и др.), для механических испытаний (например, пресс
Бринелля — для определения твердости). Прессы бывают гидравлические и
механические (кривошипные, винтовые, реечные и т. д.). Прессы подразделяют на
ковочные, штамповочные, листоштамповочные, чеконочные, обрезные, трубопро-
фильные, гибочные, правильные, брикетировочные (для изготовления брикетов из
728
кусковатых или порошкообразных материалов), пакетировочные (для уменьшения
объема рыхлых веществ), кузнечно-штамповочные и т. д.
Прессование — 1) обработка различных материалов давлением на прессах.
Прессованием получают заготовки и изделия из металлов, пластмасс, древесных
материалов и т. д. Прессование применяют также при пакетировании объемных рыхлых
материалов (хлопка, пряжи, сена) и переработке вторичного сырья (стружки,
мусора, отходов) и т. д.; 2) способ обработки металлов давлением, заключающийся в
выдавливании металла из замкнутой полости контейнера через канал матрицы,
форма и размеры которого определяют сечение прессуемого профиля;
выдавливание осуществляется жестким инструментом (пуансоном) или с помощью жидкости
высокого давления; 3) способ производства изделий из пластмасс и резин в пресс-
формах, заключающийся в размягчении материала при нагревании и фиксации
формы изделия в результате выдержки под давлением. При прямом
(компрессионном) прессовании материал нагревают в пресс-форме, при литьевом (трансферном)
прессовании — в камере, из которой материал продавливается в пресс-форму по так
называемым литниковым каналам.
Прецезионный станок — металлорежущий станок особой точности для
изготовления деталей с допусками в несколько мкм или долях мкм.
Прибыль — элемент литниковой системы или полости литейной формы для
питания отливки жидким металлом в период затвердевания и усадки. Прибыль может
быть прямого, бокового и местного питания отливки.
Приведенная масса механизма — масса, которую надо сосредоточить в данной
точке механизма (точке приведения), чтобы кинетическая энергия этой
материальной точки равнялась сумме кинетических энергий всех звеньев механизма.
Прием — законченная совокупность действий человека, применяемых при
выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением.
Принцип (лат. principium — основа, первоначало) — первоначало, руководящая
идея, основное правило поведения.
Принципиальная схема — схема, определяющая полный состав элементов и связи
между ними, а также дающая детальное представление о принципах работы
изделия. Принципиальная схема служит основанием для разработки конструкторской
документации, а также используется при наладке, регулировании, контроле и
ремонте изделий.
Принятие решений — процедура, состоящая из следующих этапов:
предварительного анализа и определения альтернативы действий; структурного анализа —
качественной структуризации проблемы и установления лицом, принимающим
решение, по каким частям проблемы уже можно принять решение и что требует
дополнительного анализа или затрат на получение дополнительной информации; анализа
неопределенности, т. е. установления определенных значений вероятности
принятия правильных решений по тем вопросам, которые не находятся под полным
контролем лица, принимающего решение; анализа полезности или ценности, т. е.
установления численных значений полезности последствий, связанных с реализацией
того или иного решения; процедуры оптимизации, т. е. максимизации ожидаемой
полезности и выбора стратегий поведения.
Припуск в металлообработке — толщина слоя материала, удаляемого с
поверхности заготовки в процессе ее обработки резанием (снятием стружки). Припуск
определяют аналитически в зависимости от высоты микронеровностей, полученных на
предшествующих переходах, толщины дефектного поверхностного слоя заготовки,
729
погрешностей формы и положения ее взаимосвязанных поверхностей, установки
при обработке и др. Уменьшение припуска основано на совершенствовании
методов и повышении качества изготовления заготовок. Операционный припуск
удаляется при выполнении одной технологической операции.
Прирабатываемость — свойство антифрикционного подшипникового материала
обеспечивать приемлемо малые значения силы трения, интенсивности изнашивания
и вероятности заедания в результате приработки при трении по заданному
материалу вала с применением заданного смазочного материала (ГОСТ 18282-88), свойство
подшипникового материала уменьшать силу трения, температуру и интенсивность
изнашивания в процессе приработки.
Приработка — процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-
химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения,
обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении силы
трения, температуры и интенсивности изнашивания.
Приработка (процесс) — процесс изменения геометрии поверхностей трения и
физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период
трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении
силы трения, температуры и интенсивности изнашивания.
Притирка — доводка деталей, работающих в паре, для обеспечения наилучшего
контакта рабочих поверхностей. Например, притирка клапанов двигателей к седлам.
Проблема (от греч. problema — задача) — сложный теоретический или
практический вопрос, требующий изучения и разрешения (например, строительство нового
машиностроительного комплекса, внедрение новых технологий и т. д.).
Проглаживание — устранение неровностей поверхности заготовки
последовательным местным деформированием.
Прогнозирование научно-технического прогресса, прогнозирование НТП —
форма предвидения основных направлений и темпов развития науки, технологии и
техники в их взаимосвязи с социальным развитием общества и экологической
динамикой природы. Прогнозирование НТП — необходимая основа сбалансированного
гармонического планирования и проектирования во всех сферах современной науки и
производства; оно играет важную роль в социальном планировании, в
проектировании развития географических регионов, в реформах образования.
Прогнозирование технического состояния, прогнозирование — процесс
определения технического состояния изделия на предстоящий интервал времени. При
необходимости целью прогнозирования может быть также определение интервала
времени, в течение которого сохраняется состояние изделия, имеющееся в данный
момент.
Программа выпуска изделий, программа выпуска — перечень наименований
изготовляемых или ремонтируемых изделий с указанием объема выпуска и срока
выполнения по каждому наименованию.
Программирование промышленного робота — составление, ввод и отладка
управляющей программы промышленного робота.
Программное управление промышленным роботом — автоматическое управление
исполнительным устройством промышленного робота по заранее введенной
управляющей программе.
Продольная прокатка — наиболее распространенный вид прокатки, при котором
деформация обрабатываемого металла происходит между валками, вращающимися
в противоположных направлениях и расположенных обычно параллельно один дру-
730
гому. Силами трения, возникающими между поверхностью валков и
прокатываемым металлом, он втягивается в межвалковое пространство, подвергаясь при этом
пластической деформации.
Продукты коррозии — химические соединения, образующиеся в результате
взаимодействия металла и коррозионной среды.
Продукция — материализованный результат процесса трудовой деятельности,
обладающий полезными свойствами, полученный в определенном месте за
определенный интервал времени и предназначенный для использования в целях
удовлетворения потребностей как общественного, так и личного характера.
Проект (от лат. projectum, буквально — брошенный вперед) — совокупность
конструкторских документов, содержащих принципиальное (эскизный проект) или
окончательное (технический проект) решение, дающее необходимое представление
об устройстве создаваемого сооружения (изделия) и исходные данные для
последующей разработки рабочей документации.
Проектирование — разработка комплексной технической документации (проекта),
содержащей технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты,
сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для строительства
(реконструкции) предприятий, зданий, сооружений, производства оборудования,
изделий и т. п. Многообразие методов проектирования обусловлено разнообразием
целей, объектов и средств проектирования. По типу изображения объекта
различают чертежное и объемное проектирование. При поиске оптимальных
пространственных параметров применяют кибернетические методы проектирования (с
использованием ЭВМ). С внедрением унификации конструктивной и модульной
координации размеров деталей связан серийный метод проектирования, позволяющий
получить ряд разновидностей изделия на основе единой базовой конструкции.
Проектная база — база, выбранная при проектировании изделия,
технологического процесса изготовления или ремонта этого изделия.
Производительность труда — важнейший экономический показатель
эффективности использования трудовых ресурсов, который определяется количеством
продукции, созданной в единицу времени, или временем, затрачиваемым на единицу
продукта труда. Основными факторами роста производительности труда являются:
ускорение НТП, дальнейшее развитие специализации производства; рациональное
использование трудовых ресурсов, имеющихся в распоряжении общества;
повышение качества продукции.
Производства технологическая подготовка — комплекс задач по
технологической подготовке производства, объединенных общей целью их решения.
Основными технологическими подготовками производства являются: обеспечение
технологичности конструкции изделия; разработка технологических процессов;
проектирование и изготовление средств технологического оснащения; организация и
управление процессом технологической подготовки производства. Эти функции
охватывают весь необходимый комплекс работ по технологической подготовке
производства, в том числе конструкторско-технологический анализ изделий,
организационно-технический анализ производства, расчет производственных
мощностей, составление производственно-технологических планировок, определение
материальных и трудовых нормативов, отладку технологических процессов и
средств технологического оснащения. Весь комплекс работ по технологической
подготовке производства должен выполняться в соответствии с требованиями
безопасности труда.
731
Производства тип — классификационная категория производства, выделяемая по
признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска.
Различают 3 типа производства: единичное с малым объемом выпуска или ремонта
одинаковых изделий; серийное, при котором изготовляют или ремонтируют
изделия периодически повторяющимися партиями (в зависимости от числа изделий в
партии или значения коэффициента закрепления операций различают
мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства; коэффициент закрепления
операций принимают равным: для мелкосерийного производства свыше 20 до 40;
для среднесерийного — свыше 10 до 20; для крупносерийного — свыше 1 до 10);
массовое с большим объемом выпуска изделий, непрерывной изготовляемых или
ремонтируемых продолжительное время, в течение которого на большинстве
рабочих мест выполняется одна рабочая операция.
Производственная мощность — расчетный, максимально возможный в
определенных условиях объем выпуска изделий в единицу времени. Производственная
мощность предприятия — расчетный максимально возможный годовой выпуск
продукции в номенклатуре и ассортименте при полном использовании (в
соответствии с заданным режимом работы) производственного оборудования и площадей.
Производственный процесс — совокупность всех действий людей и орудий труда,
необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции.
Производственный участок — группа рабочих мест, организованных по
принципам: предметному, технологическому или предметно-технологическому.
Производственный цикл — интервал календарного времени от начала до
окончания процесса изготовления или ремонта изделия.
Производство — процесс создания материальных благ. Представляет естественное
условие человеческой жизни и материальную основу других видов деятельности.
Являющиеся двумя сторонами производства производительные силы и
производственные отношения образуют способ производства, определяющий характер данного
общества.
Материальное производство — процесс создания материальных благ,
необходимых для существования и развития общества. Является естественным условием
человеческой жизни и материальной основой других видов деятельности. Его
содержание определяет процесс труда, который предполагает следующие три
момента: целесообразную деятельность, или самый труд; предмет труда, т. е. все то, на что
направлена целесообразная деятельность труда; средства труда — машины,
оборудование, инструменты. Машиностроительное производство — производство с
преимущественным применением методов технологии машиностроения при выпуске
изделий. Разновидностью машиностроительного производства является опытное
(экспериментальное) производство — преимущественно единичное изготовление и
испытание новых или усовершенствованных моделей, опытных и опытно-
промышленных образцов новых изделий, а также отработка новой технологии как
результат научных исследований, опытно-конструкторских и технологических
разработок, способствующих созданию и освоению достижений науки и техники.
Производящая поверхность -— воображаемая поверхность, содержащая режущие
кромки инструмента или образуемая при их движении, огибающей которой в
относительном движении является требуемая боковая поверхность зуба
обрабатываемого зубчатого колеса. Различают главную и номинальную производящие
поверхности, огибающими которых, соответственно, являются главная и номинальная
поверхности зубьев обрабатываемого зубчатого колеса.
732
Прокат в металлургии — продукция прокатного производства, т. е. листы, полосы,
ленты, балки, трубы и другие металлические изделия, получаемые горячей и
холодной прокаткой.
Прокатка — обработка металла давлением обжатия между вращающимися
валками прокатного стана для уменьшения сечения прокатываемого слитка или заготовки
и придания им заданной формы. Прокатка — обычно завершающее звено
металлургического производства. Известны 3 основные вида прокатки: прокатка продольная,
поперечная и винтовая. В зависимости от температуры прокатываемого металла
различают также прокатку: горячую (температура нагрева выше порога
рекристаллизации, что обеспечивает повышение пластичности металла), холодную (обычная
температура) и теплую (температура нагрева ниже порога рекристаллизации). Для
получения так называемых периодических профилей применяют периодическую
прокатку.
Прокатное производство — получение из стали и других металлов прокаткой
различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью
повышения качества. Прокатке может подвергаться более 80 % выплавляемой стали.
Промежуточный припуск — припуск, удаляемый при выполнении одного
технологического перехода.
Промышленный робот — автоматическая машина, стационарная или
передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего
несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства
программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и
управляющих функций. Перепрограммируемость — свойство промышленного
робота заменять управляющую программу автоматически или при помощи человека
оператора, к перепрограммированию относится изменение последовательности и
(или) значений перемещений по степеням подвижности и управляющих функций с
помощью средств управления на пульте устройства управления.
Промышленный робот с числовым программным управлением, ПРЧПУ —
промышленный робот, управляемый устройством ЧПУ с позиционным и (или)
контурным программным управлением.
Противоржавейная присадка — присадка, препятствующая, ограничивающая или
задерживающая время образования ржавчины на поверхностях деталей и сплавов на
основе железа.
Протягивание — способ обработки резанием внутренней и наружной
поверхностей заготовок на протяжных станках. При протягивании применяют
многолезвийный режущий инструмент — протяжку. Протягиванием получают шпоночные
канавки, сквозные отверстия различной формы, прорези и др. Процесс протягивания
отличается большой производительностью (8-10-кратной по сравнению с
фрезерованием) и точностью работы (6-7-й квалитет).
Протяжка — многолезвийный режущий инструмент для обработки сквозных
отверстий и наружных поверхностей на протяжных станках. В зависимости от формы
обрабатываемой поверхности различают протяжки: цилиндрические, граненые
(квадратные, шестигранные и т. д.), шлицевые, шпоночные, наружные плоские,
наружные фасонные. Калибрующая часть протяжки имеет 3-8 зубьев; 1 -й из них
срезает очень малый слой металла и придает отверстию окончательную форму,
остальные являются запасными (работают после переточки протяжки). Протяжки для
наружного протягивания изготовляются в виде прямолинейного бруска, имеют
режущую и калибрующую части. Кроме режущих применяют выглаживающие про-
733
тяжки, которые не режут, а выравнивают и уплотняют металл. Зубья
выглаживающих протяжек не имеют углов резания; такие зубья делают иногда на калибрующей
части режущей протяжки.
Протяжная операция — операция, выполняемая на станках протяжной группы.
Протяжной станок — металлорежущий станок для обработки протягиванием
наружных и внутренних поверхностей. Различают протяжные станки:
горизонтальные, применяемые главным образом для внутреннего протягивания, вертикальные
для всех видов протяжных работ, зубопротяжные с вращающейся дисковой
протяжкой для протягивания зубьев цилиндрических и конических зубчатых колес и т. д.
Профили передней поверхности — кривая, образованная пересечением передней
поверхности А гамма с любой требуемой плоскостью. Обычно этот профиль
определяется или измеряется в нормальной плоскости Р.
Профиль — линия пересечения поверхности с плоскостью или заданной
поверхностью. Если в технической документации не указано по-другому, то направление
секущей плоскости определяется по перпендикуляру к поверхности.
Профиль задней поверхности — кривая, образованная пересечением задней
поверхности А альфа с любой требуемой плоскостью. Обычно этот профиль
определяется в нормальной плоскости RN.
Профиль инструмента — кривая, образованная ортогональной (нормальной)
проекцией режущей кромки инструмента на любую требуемую плоскость. Обычно этот
профиль определяется и измеряется в основой рабочей плоскости инструмента PR.
Если он должен определяться в другой плоскости, это следует указать.
Профиль от внешней базы — преобразованный профиль, представляющий
геометрическое место центра вершины щупа при огибании им реального профиля
относительно внешней рабочей базы.
Профиль от зависимой опорной базы — преобразованный профиль,
представляющий геометрическое место центра вершины щупа при огибании им реального
профиля относительно геометрического места опорного устройства, которое
отстоит от щупа на определенное расстояние; он имеет определенную форму и
перемещается по той же измеряемой реальной поверхности.
Профиль поверхности — линия пересечения поверхности с плоскостью.
Профильное соединение — соединение, у которого сопрягаемые поверхности
составных частей изделия имеют форму определенного профиля.
Профильное шлифование — шлифование поверхности, образующая которой
кривая или ломаная линия.
профильный калибр — калибр, воспроизводящий профиль изделия и
контролирующий линейный или угловые размеры или форму криволинейных профилей.
Профильный лезвийный инструмент — лезвийный инструмент, форма режущей
кромки которого определена формой обрабатываемой поверхности.
Профилограмма — кривая, представляющая собой запись микропрофиля
поверхности на произвольно выбранном участке детали. В соответствии с ГОСТом по
профилограмме определяют необходимую высоту неровности профиля ЛМакс >
высоту неровностей профиля по десяти точкам Rz, среднее арифметическое отклонение
профиля Ra и другие параметры шероховатости поверхности. Профилограмму
получают на фотопленке или бумаге с помощью профилографа.
Проход технологический — часть операции или перехода в виде однократного
перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением ее
формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки.
734
Проходимость изделий — свойство изделий перемещаться в процессе обработки с
одной рабочей позиции на другую без задержки и изменения ориентации.
Процесс — совокупность последовательных действий для достижения какого-либо
результата.
Процесс производственный — совокупность взаимосвязанных действий людей и
орудий труда, направленных на превращение сырья, исходных материалов и
полуфабрикатов в готовую продукцию, а также на ремонт и восстановление изделий.
Процесс производственный в машиностроении охватывает подготовку средств
производства и организацию обслуживания рабочих мест; получение и хранение сырья,
материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления и восстановления деталей
машин; сборку и ремонт изделий; транспортирование сырья, материалов, заготовок
готовых изделий и их сборочных единиц; технический контроль на всех стадиях
производства; упаковку готовой продукции и другие действия, связанные с
изготовлением и ремонтом продукции.
Прошивка в металлообработке — 1) операция при ковке и горячей объемной
штамповке, осуществляемая для получения глубокой полости или сквозного отверстия в
теле поковки вдавливанием в нее прошивня или пуансона; 2) операция горячей
объемной штамповки по удалению пленки (внутреннего заусенца) в отрезном штампе
на прессе; 3) операция в производстве бесшовных труб из слитков или заготовок
сплошного сечения, осуществляемая на прессах (с применением прошивной иглы)
или прошивных станках (с использованием оправки) для получения пустотелых гильз.
Пуансон (франц. poinson) — 1) одна из основных деталей штампов для холодной
или горячей штамповки и прессования металлов. При штамповке пуансон
непосредственно давит на заготовку, при прессовании пуансон передает давление через
пресс-шайбу на заготовку, выдавливаемую через матрицу. Часто одна и та же
деталь штампа является одновременно и пуансоном и матрицей (например, в
совмещенных штампах для вырубки и вытяжки); 2) штамп с рельефным изображением
буквы, знака и т. п. для выдавливания изображения при изготовлении штифтовых
матриц (например, матриц для наборных машин).
Путь резания — суммарное расстояние, пройденное рассматриваемой точкой
режущей кромки в контакте с заготовкой за рассматриваемый интервал времени и
измеренное вдоль траектории этой точки в результирующем движении резания.
Работоспособное состояние технологической системы — состояние
технологической системы, при котором значения параметров и (или) показателей качества
изготовляемой продукции, производительности, материальных и стоимостных
затрат на изготовление продукции соответствуют требованиям, установленным в
нормативно-технической и (или) конструкторской и технологической
документации. К параметрам производительности относятся номинальная и цикловая
производительность, штучное время и т. д.; к параметрам материальных и стоимостных
затрат — расход сырья, материалов, энергии, инструментов, стоимость
технического обслуживания и ремонта и т. д.
Рабочая плоскость — плоскость, в которой расположены направления скоростей
главного движения резания и движения подачи. В случаях, когда в отдельные
моменты времени направления скоростей главного движения резания и движения
подачи совпадают (тангенциальное точение, периферийное фрезерование), рабочая
плоскость проводится так же, как и в предыдущий или последующий моменты,
когда эти направления не совпадают. При протягивании, когда отсутствует движение
735
подачи, рабочая плоскость проводится через направление скорости главного
движения резания и направление подъема последовательно расположенных зубьев
режущего инструмента.
Рабочая часть режущего инструмента — часть режущего инструмента,
содержащая лезвия и выглаживатели при их наличии.
Рабочее время — продолжительность участия работников в труде; установленное
законом время, в течение которого работник должен выполнять свои трудовые
обязанности. Оно измеряется продолжительностью рабочего дня, недели, месяца, года.
Рабочее время — единая мера общественной оценки различных затрат труда.
Рабочее место — элементарная единица структуры предприятия, где размещены
исполнители работы, обслуживаемое технологическое оборудование, оснастка и
предметы труда.
Рабочее место оператора системы человек-машина, рабочее место оператора —
часть пространства в системе человек-машина, оснащенная средствами
отображения информации, органами управления и вспомогательным оборудованием и
предназначенная для осуществления деятельности оператора СЧМ.
Рабочий кинематический задний угол — угол в рабочей плоскости между задней
поверхности лезвия и направлением скорости результирующего движения резания в
рассматриваемой точке режущей кромки.
Рабочий кинематический передний угол — угол в секущей плоскости схода стружки
между передней поверхностью лезвия и кинематической основной плоскостью.
Рабочий кинематический угол в плане — угол между режущей кромкой и рабочей
плоскостью.
Рабочий объем — объем теоретически несжимаемой жидкости, вытесняемой за
полный ход, цикл или оборот.
Рабочий орган автооператора — составная часть исполнительного устройства
промышленного автооператора для непосредственного выполнения технологических
операций и (или) вспомогательных переходов. Примерами рабочего органа служат
сварочные клещи, окрасочный пистолет, сварочный инструмент, захватное устройство.
Рабочий орган промышленного робота — составная часть исполнительного
устройства промышленного робота для непосредственного выполнения
технологических операций и (или) вспомогательных переходов. Примерами рабочего органа
служат сварочные клещи, окрасочный пистолет, сборочный инструмент, захватное
устройство.
Равномерная коррозия — коррозия, протекающая с одинаковой скоростью по всей
поверхности металла.
Равномерное движение — движение точки или поступательное движение твердого
тела, при котором скорость v точки или тела не изменяется с течением времени.
Вращательное движение твердого тела называется равномерным, если оно
совершается вокруг неподвижной оси с постоянной угловой скоростью.
Радиальная плоскость — плоскость, перпендикулярная к оси подшипника качения
или кольца.
Радиальная составляющая силы резания — составляющая силы резания,
направленная по радиусу главного вращательного движения резания в вершине лезвия.
Радиальное биение — разность наибольшего и наименьшего расстояний от
точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси вращения в
сечении, перпендикулярном к этой оси. Радиальное биение определяют по формуле
"р.б. — 'макс — *мии*
736
Радиально-сверлильная операция — операция, выполняемая на радиально-
сверлильном или портально-сверлильном станке.
Радиус вершины — радиус кривизны вершины лезвия.
Радиус вершины эпсилон — номинальный радиус закругленной вершины,
измеренный в основной плоскости инструмента.
Радиус скругления кромки производящей поверхности, радиус скругления —
радиус дуги окружности, являющейся образующей поверхности притупления
производящей поверхности. Поверхность притупления производящей поверхности
образует переходную поверхность обрабатываемого витка червяка.
Радиус скругленной режущей кромки — номинальный радиус скругленной
режущей кромки, измеренный в номинальной плоскости.
Развертка — осевой режущий инструмент для повышения точности формы и
размеров отверстия и снижения шероховатости поверхности.
Развертывание — осевая обработка разверткой.
разжимной режущий инструмент — режущий инструмент, в котором
предусмотрена регулировка размера рабочей части путем ее деформирования.
Размер — численное значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в
выбранных единицах измерения. Различают действительный, номинальный и предельный
размер. Действительный размер устанавливается измерением с допустимой погрешностью.
В качестве номинального принимают размер, относительно которого определяют
предельные размеры и который служит также началом отсчета отклонения. Номинальный
размер находят расчетом детали на прочность и жесткость. Эти размеры должны
соответствовать значениям, указанным в ГОСТе. Предельные размеры — 2 (наибольший и
наименьший) предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или
которым может быть равен действительный размер.
Размерные цепи — последовательный ряд взаимосвязанных линейных или угловых
размеров, образующих замкнутый контур и отнесенных к одной детали или группе
деталей. В размерных цепях один из размеров называется замыкающим, а
остальные — составляющими. Замыкающий размер в порядке выполнения
технологических операций изготовления детали или сборки узла является функцией
составляющих размеров. В большинстве случаев замыкающими размерами сборочных
являются зазоры или размеры, которые определяют положение одной детали
относительно другой. Различают линейные, угловые, плоскостные и пространственные
размерные цепи. В машиностроении размерные цепи позволяют аналитически-
вероятностным методом установить рациональную систему простановки размеров
на чертежах деталей машин и оптимизировать допуски из условий полной
взаимозаменяемости конструкции при сборке или их сборку с минимальной подгонкой.
Графическое изображение размерных цепей в виде замкнутого контура,
образуемого последовательно примыкающими друг к другу размерами, называется схемой
размерных цепей.
Разметка в технике — нанесение на заготовки точек и линий, указывающих
контуры подлежащих механической обработке поверхностей, а также осевых и
вспомогательных линий и центровых знаков для выверки заготовок при установке на
станках; подготовительная операция в механических цехах. Разметку применяют в
единичном и мелкосерийном производствах. В инструментальных цехах разметка
производится на координатных разметочных столах.
Разрушение — процесс зарождения и развития в твердом теле трещин, приводящий
к разделению тела на части. Образование поверхности разрушения происходит либо
24 Технология машиностроения
737
в результате развития нескольких трещин, и, как правило, с изменяющейся
скоростью, либо в результате слияния рядом расположенных трещин в одну
магистральную трещину, по которой и происходит разрушение.
Раковины в металле — пустоты различных форм и размеров, образующиеся внутри
или на поверхности отливки (слитка). Так называемые газовые раковины могут
образоваться в отливках вследствие большой влажности формовочной смеси,
недостатков литниковой системы, чрезмерной плотности набивки, окисленности металла
и т. д. Усадочные раковины возникают в слитке (отливке) в результате усадки
(уменьшения объема) металла при переходе из жидкого состояния в твердое.
Усадочная раковина в стальном слитке располагается в его верхней части и
представляет собой воронкообразную полость (перед прокаткой эта часть слитка отрезается и
затем поступает на переплав). Для уменьшения усадочной раковины верхнюю часть
слитка (так называемую прибыль) обогревают различными способами.
Раскатка, протяжка на оправке (недопустимо) — обработка давлением кольцевой
заготовки с целью увеличения ее диаметра при вращении в результате уменьшения
ее толщины с помощью бойка, оправки или роликов. Раскатку применяют при
изготовлении бандажей для колес, колец подшипников качения и т. д. В прокатном
производстве раскаткой называется операция увеличения диаметра в результате
уменьшения толщины стенки трубы при производстве бесшовных труб.
Рассверливание — сверление, результатом которого является увеличение диаметра
отверстия.
Растачивание — обработка предварительно полученных отверстий на расточных,
сверлильных, токарных, револьверных, фрезерных и др. станках с целью получения
отверстия заданного диаметра. Методом растачивания получают сквозные,
ступенчатые, цилиндрические и конические отверстия. Для растачивания используют
расточные резцы, укрепляемые в борштанге, расточные блоки и головки, а также
специальные комбинированные инструменты, состоящие, например, из сверла и
резцового блока. Растачивание обеспечивает обработку отверстий по 7-8-му квалитету.
Расточная головка — 1) приспособление к расточному станку, состоящее из
корпуса и закрепленных в нем резцов (ножей). Применяют расточные головки в
станках для растачивания отверстий больших диаметров (свыше 100 мм); 2) переносной
узел тяжелого расточного станка — многошпиндельная головка, с помощью
которой можно одновременно обрабатывать несколько отверстий с параллельными
осями; 3) шпиндельный узел алмазно-расточного станка.
Расточная операция — операция, выполняемая на станках расточной группы.
Расточная оправка, борштанга — приспособление для растачивания отверстий,
выполненное в виде цилиндрического валика с радиально расположенными
отверстиями, в которых закреплены резцы или блоки резцов. Расточные оправки
хвостовиком закрепляют в коническом отверстии шпинделя расточного станка.
Расточный блок — быстросменный металлорежущий инструмент, состоящий из
корпуса с одной или несколькими парами вставных регулируемых резцов или
расточных пластин. Обеспечивает высокую производительность и качество обработки
при растачивании отверстий. Расточные блоки применяют в крупносерийном
производстве.
Расточный станок — металлорежущий станок для обработки вращающимся
режущим инструментом предварительно полученных отверстий. Иногда используют
для обтачивания торцов деталей, фрезерования плоскостей и т. п. Различают
горизонтально-расточные, координатно-расточные и алмазно-расточные станки. Гори-
738
зонтально-расточные станки с горизонтальным шпинделем предназначены для
обработки отверстий с точными расстояниями между осями в деталях сложной
формы, отличаются большой универсальностью. Кроме расточных работ на этих
станках проводят сверление, зенкование, развертывание, фрезерование, обтачивание
торцов и нарезание резьб. Координатно-расточные станки с вертикальным
шпинделем отличаются жесткостью конструкции, имеют специальное измерительное
устройство и предназначены для обработки отверстий с особо точным расстоянием
между осями. Алмазно-расточные станки применяют для тонкого разделочного
растачивания отверстий алмазными или твердосплавными резцами при высоких
скоростях резания, малых подачах и глубинах резания.
Реальная поверхность — поверхность, ограничивающая тело и отделяющая его от
окружающей среды.
Реальный профиль — профиль реальной поверхности.
Револьверный станок, токарно-револьверный станок — металлорежущий станок
токарной группы с револьверной головкой, применяемый для обработки малых и
средних серий деталей сложной конфигурации и деталей из пруткового материала.
Револьверный станок имеет вертикальную, горизонтальную или наклонную
револьверную головку (с 6 гнездами или более для крепления инструментов) и
поперечный суппорт (для работы отрезными, подрезными, фасонным резцами или
накатным инструментом). Производительность револьверного станка выше
производительности токарного станка, т. к. поворот револьверной головки позволяет быстро
осуществлять смену инструмента при обработке деталей.
Редуцирование — уменьшение площади поперечного сечения заготовки при
проталкивании ее через калибрующую матрицу усилием, направленным вдоль оси
заготовки.
Резание металлов — обработка металлов снятием стружки (резанием) для
получения изделий требуемых размеров, формы и обеспечения определенного
технологией качества поверхности. Резание металлов осуществляют на металлорежущих
станках или вручную с помощью металлорежущего инструмента. Механизмы
станков, предназначенных для обработки металлов резанием, имеют 2 основных
движения — главное (резания) и подачи, при которых происходит перемещение режущего
инструмента и заготовки. В зависимости от вида инструмента и характера его
движения, а также от движения обрабатываемой заготовки различают следующие
основные виды обработки металлов резанием: точение, фрезерование, строгание,
сверление и шлифование.
Резания режим — совокупность значений скорости резания, подачи и глубины
резания. Скоростью резания называется отношение перемещения режущей кромки
инструмента относительно обрабатываемой поверхности ко времени; выражается в
м/с или м/мин. Скорость резания — важнейший параметр технологии механической
обработки материалов, определяющий производительность обработки, стойкость
инструмента, качество получаемой поверхности и др. Различают следующие виды
подачи: подача на оборот — соответствует одному обороту инструмента или
заготовки; на ход — соответствует пути, пройденному за один ход заготовки или
инструмента; на двойной ход — соответствует одному двойному ходу заготовки или
инструмента. Подача выражается в мм, отнесенных соответственно к одному
обороту, ходу или двойному ходу заготовки или инструмента. Глубина резания —
толщина (мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между
обрабатываемой и обработанной поверхностями).
739
Резания угол — угол, образованный передней поверхностью инструмента и
плоскостью резания. Резания угол является (наряду с передним, главным и
вспомогательным задними углами в плане, углом наклона главной режущей кромки) одним из
параметров, определяющих эффективность процесса резания (качество
обрабатываемой поверхности, допускаемую скорость резания, стойкость режущего
инструмента и т. п.).
Резец — режущий инструмент, обычно стальной брусок прямоугольного,
квадратного или круглого сечения, режущая часть которого имеет определенную
геометрическую форму и углы и выполняется из материала, значительно более твердого, чем
обрабатываемый материал. Резец состоит из головки (несущей режущую часть) и
тела (державки). Различают резцы: по технологическим группам станков —
токарные, строгальные, долбежные; по выполняемым работам — проходные, подрезные,
расточные, резьбовые и др.; по видам подачи — правые и левые, продольные,
радиальные, тангенциальные; по обрабатываемому материалу — для металла, пластмасс
и др.; по конструкции — цельные, составные, сварные и др.; по материалу режущей
части — из инструментальной стали, твердого сплава, минерало-керамического или
композиционного материала.
Резка металлов — отделение частей (заготовок) от сортового или листового
металла режущим инструментом на ножовочных, круглопильных, токарно-отрезных
станках, прессах и ножницах, а также способами газовой, плазменной,
электродуговой, электрохимической и электроэрозионной резке. Отделение металла
инструментами или машинами ударного действия называется рубкой.
Резцедержатель — приспособление на токарных, строгальных и некоторых других
металлорежущих станках, служащее для установки и закрепления резцов.
Резцовая головка для конических колес — многолезвийный режущий инструмент
для нарезания конических зубчатых колес с криволинейными зубьями методом
обкатки. В корпусе резцовой головки по периферии расположены резцы с
трапецеидальным профилем, прорезающие впадины между зубьями нарезаемого колеса.
Резцовый блок, многорезцовая державка — режущий инструмент для растачивания
отверстий в корпусных деталях на расточных или карусельных станках. Резцовый
блок имеет корпус с одним или несколькими вставными (иногда регулируемыми)
резцами, устанавливаемых в гнезде державки, от которой они получают вращение.
Резцовые блоки обеспечивают: высокие производительность и качество
обрабатываемой поверхности, а также позволяют быстро заменять инструмент.
Резьба — чередующиеся выступы и впадины на поверхности тел вращения,
расположенные по винтовой линии. В зависимости от формы сечения канавки различают
резьбы: треугольную, прямоугольную, трапецеидальную, круглую и др. Резьбы
бывают однозаходные и многозаходные. По назначению делят на крепежные, силовые
и ходовые. В зависимости от направления вращения различают правую (наиболее
распространенную) и левую резьбы. Изготовляют пластической деформацией
(например, накаткой) и резанием на станках с помощью инструмента общего (резцы,
фрезы и др.) или специального (метчики, плашки и др.) назначения, а также вручную.
Резьбонакатный инструмент — станочный инструмент (например, круглые
накатные ролики, плоские накатные плашки) для образования наружной резьбы
методом пластической деформации в холодном состоянии. Применяют главным образом
в массовом производстве коротких крепежных резьб.
Резьбонарезание — образование резьбы снятием стружки на наружных или
внутренних поверхностях заготовок и деталей. Резьбу можно получать многопроходным
740
нарезанием однониточным инструментом — стержневым, призматическим или
круглым резцом и шлифовальным кругом; однопроходным нарезанием
многониточным инструментом — гребенкой, круглой плашкой, метчиком, резьбонарезной
головкой, многониточным кругом; однопроходным фрезерованием вращающимся
инструментом — резьбовой однониточной фрезой и вихревой головкой с
твердосплавными резцами; фрезерованием вращающейся многониточной фрезой, ширина
которой больше длины нарезаемой резьбы; накатыванием резьбы широкими
роликами или плашками; однопроходным накатыванием резьбы узкими роликами при
осевой подаче; однопроходным обкатыванием обкаточным резцом.
Резьбонарезная головка — многолезвийный инструмент для нарезания резьбы.
Простейшие резьбонарезные головки — круглые плашки (прогонки). Собственно
резьбонарезная головка состоит из корпуса и сменных резьбовых гребенок (круглой
или призматической). Применяют также самораскрывающиеся резьбонарезные
головки, позволяющие быстро отвести инструмент от детали.
Резьбонарезной инструмент — инструмент для образования резьбы на различных
деталях. Различают резьбонарезной инструмент для нарезания наружной и
внутренней резьб. К резьбонарезному инструменту относятся резцы, фрезы,
резьбонарезные головки, метчики, плашки и т. д.
Резьбообрабатывающие станки — группа металлорежущих станков для
образования резьб на различных заготовках. Различают резьбообрабатывающие станки:
токарно-винторезные для нарезания точных винтов резцом, главным образом на
заготовках, имеющих форму тел вращения; резьбофрезерные для нарезания
длинных резьб дисковой фрезой или коротких — гребенчатой фрезой; резьбошлифо-
вальных для чистовой отделки профильным кругом точных резьб; гайконарезные и
болтонарезные для нарезания резьбы обычно метчиками, плашками,
резьбонарезными головкам; трубонарезные и муфтонарезные. Резьбы получают также на
сверлильных, расточных и накатных станках.
Режим резания — совокупность значений скорости резания, подачи или скорости
движения подачи и глубины резания.
Режущая кромка — кромка лезвия инструмента, образуемая пересечением
передней и задней поверхностью лезвия; кромка передней поверхности, предназначенная
для осуществления резания.
Режущая пластина — пластина из инструментального материала с лезвием,
являющаяся составной частью лезвийного инструмента.
Режущая часть — рабочая часть инструмента, который осуществляет
непосредственно процесс резания. Режущие кромки, передняя и задняя, поверхности являются
элементами режущей части, в фрезе каждый зуб имеет режущую часть.
режущий зуб — зуб лезвийного инструмента для удаления с заготовки заданного
слоя припуска. Если режущие зубья инструмента предназначены для удаления
слоев материала с разным сечением срезаемого слоя, то в зависимости от его площади
различают черновые, переходные и чистовые зубья.
Режущий инструмент — инструмент для обработки резанием.
Режущий инструмент с винтовым зубом — многолезвийный инструмент, в
котором направляющая линия передней поверхности лезвия является винтовой
линией.
Режущий клин — часть режущей части, заключенная между передней и задней
поверхностями, он может быть соединен с главной или вспомогательной режущими
кромками.
741
Режущий участок лезвийного инструмента, режущий участок — участок
рабочей части лезвийного инструмента, содержащий лезвия.
Резец — однолезвийный инструмент для обработки с поступательным или
вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в любом
направлении. Некоторые резцы, например, отрезной, предназначаются для
обработки с движением подачи в одном направлении, однако, не исключают возможности
движения подачи, например прерывистой, в другом направлении.
Резьба — один или несколько равномерно расположенных выступов резьбы
постоянного сечения, образованных на боковой поверхности прямого кругового
цилиндра или прямого кругового конуса.
Резьбовое соединение — соединение двух деталей с помощью резьбы, в которой одна
из деталей имеет наружную резьбу, а другая — внутреннюю.
Резьбовой калибр — калибр с резьбовой рабочей поверхностью.
Резьбонарезный инструмент — режущий инструмент для образования и (или)
обработки резьбы.
Рейконарезный станок — металлорежущий станок для нарезания зубьев реек зу-
бонарезным долбяком методом обкатки. Отличается большой точностью и
производительностью.
Рейкофрезерный станок — металлорежущий станок для нарезания зубьев реек
дисковой фрезой методом копирования. По точности и производительности
рейкофрезерный станок уступает рейконарезному станку.
Рейсмус, рейсмас (нем. ReiBmaB, от reiBen — чертить и МаВ — мера, размер) —
инструмент для нанесения на заготовки разметочных линий, параллельных
выбранной базовой линии, для снятия размеров с масштабной линейки и перенесения их на
размечаемую заготовку и прочего. Обычно представляет собой стойку с зажимом, в
которой закрепляется чертилка.
Реконструкция производства — осуществляемое по единому проекту
переоборудование и переустройство действующего производства в целях приведения его в
соответствие с потребностями НТП и общества. При реконструкции производства
проводят: замену морально устаревшего и физически изношенного оборудования,
механизацию и автоматизацию производства; устраняют диспропорции в
технологических звеньях и вспомогательных службах; увеличивают объем производства на
базе новой, более совершенной технологии; расширяют ассортимент или повышают
другие технико-экономические показатели.
Ритм выпуска, ритм — количество изделий или заготовок определенных
наименований, типоразмеров и исполнений, выпускаемых в единицу времени.
Ритмичность производства — степень равномерности выпуска продукции в
течение года, месяца, суток, смены. Ритмичность производства обеспечивает более
полное использование трудовых ресурсов, производственных фондов, служит
важным условием своевременного выполнения предприятием планов.
Роботизированная технологическая кузнечно-прессовая линия,
роботизированная технологическая линия — автоматическая кузнечно-прессовая линия, в составе
которой имеется один или несколько промышленных роботов.
Роботизированный технологический комплекс (РТК) — совокупность единицы
технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения,
автономно функционирующая и осуществляющая многократные автоматические
циклы при производстве изделий. РТК, предназначенные для работы в ГСП, должны
иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. В
742
качестве технологического оборудования может быть использован промышленный
робот. Средствами оснащения РТК могут быть: устройства накопления,
ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другие устройства,
обеспечивающие функционирование РТК.
Роликовый конвейер, рольганг (нем. Rollgang, от Rolle — ролик, каток и Gang —
ход) — устройство для транспортирования массовых штучных и тарных грузов по
роликам, размещенным на небольшом расстоянии один от другого на опорной
станине. Рольганги бывают неприводные и приводные. На неприводных рольгангах
штучные грузы передвигаются вручную или (на наклонных рольгангах) сползают
под действием силы тяжести, а на приводных — ролики вращаются от бесконечной
цепи или ленты либо каждый ролик получает вращение от индивидуального
электропривода. Неприводные рольганги применяются на промышленных
предприятиях и складах, приводные — в прокатных цехах металлургических заводов.
Ручной метод выполнения технологического процесса, ручной метод — метод
выполнения технологического процесса, при котором используется энергия людей без
применения средств технологического оснащения.
Ручной привод — привод, в котором используется мускульная сила человека для
воздействия на исполнительный орган машин, аппаратов, механизмов,
инструментов и приспособлений.
Самовозбуждение колебаний, самовозбуждение — возбуждение колебаний
системы поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется
движением самой системы.
Самоотпуск — отпуск изделия за счет теплоты, оставшейся после нагрева под
закалку (например, при охлаждении в воде только части изделия) или при
прерывистом охлаждении.
Сборка формы — установление, соединение и закрепление литейных стержней в
литейной форме и частей литейной формы между собой.
Сборно-стержневая литейная форма — литейная форма, собранная из литейных
стержней, оформляющих поверхности отливки.
Сборный режущий инструмент, сборный инструмент — режущий инструмент с
разъемным соединением его частей и элементов.
Сборный штамп — штамп, собираемый из узлов и деталей, многократно
используемых в различных штампах.
Сверление — осевая обработка сверлом. Сверлением получают сквозные и глухие
отверстия в сплошном материале сверлом на сверлильных, расточных, токарных,
агрегатных и других станках, а также при помощи сверлильных ручных машин.
Точность обработки отверстий при сверлении соответствует 11-12-му квалитетам.
Сверление часто является подготовительной операцией для последующего
растачивания, зенкерования, развертывания и протягивания.
Сверлильная головка — узел металлорежущего станка, несущий вращающий
инструмент для обработки отверстий (сверло, зенкер и пр.). Применяется главным
образом на радиально-сверлильных и агрегатных станках, а также на токарных автоматах.
Сверлильная операция — операция, выполняемая на станках сверлильной группы.
Сверлильный станок — станок для сверления отверстий в заготовках из металла и
других материалов. На сверлильных станках выполняют также рассверливание
отверстий, растачивание, зенкование, зенкерование, развертывание отверстий,
нарезание резьбы и другие операции. По расположению шпинделя различают вертикаль-
743
ные и горизонтальные сверлильные станки — с постоянным расположением
шпинделя и радиально-сверлильные станки, допускающие перемещение, а иногда и
наклон шпинделя. По количеству шпинделей различают одно- и многошпиндельные.
Кроме того, применяют горизонтально-сверлильные для глубокого сверления, на-
стольно-сверлильные, центровальные и другие специализированные сверлильные
станки.
Сверло — осевой режущий инструмент для образования отверстия в сплошном
материале и (или) увеличения диаметра имеющегося отверстия.
Свободное твердое тело — тело, на перемещения которого не наложено никаких
ограничений.
Свободная заливка — заливка литейной формы, осуществляемая под действием
силы тяжести.
Себестоимость продукции — денежное выражение всех расходов предприятия
(объединения) на производство и реализацию продукции. В себестоимости
продукции находят отражение затраты потребленных основных фондов (амортизация),
оборотных фондов (сырье, материалы, топливо, электроэнергия), расходы на оплату
труда работников (заработная плата), а также затраты, связанные со сбытом
продукции. Себестоимость продукции — один из основных качественных показателей
работы трудовых коллективов, свидетельствующий, во что обходится предприятию
(объединению) выпускаемая продукция. Себестоимость продукции характеризует
результативность использования всех видов ресурсов в процессе производства
продукции. Снижение себестоимости продукции — важнейший источник увеличения
размера прибыли предприятия.
Секция лезвийного инструмента, секция — элемент лезвийного инструмента,
содержащий несколько зубьев, изготовленный отдельно и образующий с корпусом
лезвийного инструмента разъемное соединение. Частным случаем секции является
сегмент фрезы.
Серийное производство — производство, характеризующееся изготовлением или
ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. Различают мелко-,
средне- и крупносерийное производство. Коэффициент закрепления операций в
соответствии с ГОСТом принимают равным: для мелкосерийного производства — свыше
20 до 40 включительно; для среднесерийного производства — свыше 10 до 20
включительно; для крупносерийного производства — свыше 1 до 10 включительно.
Сечение срезаемого слоя, сечение среза — фигура, образованная при рассечении
слоя материала заготовки, отделяемого лезвием за один цикл главного движения
резания основной плоскостью. В каждом конкретном случае следует дополнительно
указывать систему координатных плоскостей, в которой рассматривается сечение
срезаемого слоя.
Сила — векторная величина, являющаяся мерой механического действия одного
материального тела на другое.
Сила резания — равнодействующая сил, действующих на режущий инструмент
при обработке резанием.
Сила трения — сила сопротивления при относительном перемещении одного тела
по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная
к общей границе между двумя телами.
Силицирование — насыщение поверхностного слоя стальных и других
металлических деталей кремнием с целью повышения их антикоррозионных свойств,
износостойкости и жаропрочности.
744
Силовая головка — агрегат металлорежущего станка, несущий обычно один или
несколько инструментов и часто объединяемый с двигателем в самостоятельный
узел (например, силовая головка агрегатного станка).
Силумин (от лат. Silicium — кремний и Aluminium — алюминий) — общее
название группы легких литейных сплавов на основе алюминия, содержащих кремний
(4... 13 %, иногда до 23 %) и некоторые другие элементы (медь, марганец, магний,
цинк, титан, бериллий). Силумин выпускают в виде чушек (6... 14 кг), гладких и с
пережимами. Используют для изготовления деталей сложной конструкции в авто- и
авиастроении. Силумин имеет достаточно высокие механические свойства.
Система (от греч. systema — целое, составленное из частей) — совокупность
взаимосвязанных технических объектов, подчиненных определенной (единой) цели с
учетом условий окружающей среды. Структура и функционирование системы
определяются поставленными целями и задачами. В машиностроении системами могут
быть крупные производственные, транспортные, энергетические и
информационные системы; комплексы машин и приборов; сложные электронные комплексы и
устройства.
Система автоматизированного проектирования (САПР) — организационно-
техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации
проектирования, взаимосвязанных с подразделениями проектной организации и выполняющая
автоматизированное проектирование с методическим, лингвистическим,
математическим, программным, техническим, информационным и организационным
обеспечением. САПР классифицируют по типу сложности объектов проектирования,
уровню и комплексности автоматизации проектных работ, характеру и количеству
выпускаемых проектных документов, количеству уровней в структуре технических
средств, например, САПР изделий машиностроения и приборостроения,
технологических процессов, объектов строительства, организационных систем и др.; одно-,
двух- и трехуровневые и т. д.
Система автоматического управления (САУ) — комплекс устройств,
предназначенных для автоматического изменения одного или нескольких параметров объекта
управления с целью установления требуемого режима его работы. САУ
обеспечивает поддержание постоянства заданных значений регулируемых параметров или их
изменение по заданному закону (системы стабилизации, программного управления,
следящие системы) либо оптимизирует определенный критерий качества
управления (системы экстремального регулирования, оптимизация управления). При
значительных изменениях параметров объекта управления и характеристик возмущений
и помех применяются самонастраивающиеся системы. Для осуществления целей
управления с учетом особенностей управляемых объектов на них подаются
управляющие воздействия, которые предназначены также для компенсации внешних
возмущающих воздействий, стремящихся нарушить нормальное функционирование
объекта. Управляющие воздействия вырабатываются устройством управления.
По типу управления САУ подразделяются на замкнутые, разомкнутые и
комбинированные. Основной тип САУ — замкнутые, в которых цепь прохождения
сигналов образует замкнутый контур, включающий устройство управления и
управляемый объект; отклонения управляемой величины от желаемых значений
компенсируются взаимодействием через обратную связь вне зависимости от причин,
вызвавших эти отклонения. Такое управление называется управлением по
отклонению. В разомкнутых САУ управление ведется по жесткой программе без анализа и
учета каких-либо факторов в процессе работы управляемого объекта — на устрой-
745
ство управления не поступают сигналы, несущие информацию о текущем состоянии
объекта управления, иногда измеряются и компенсируются лишь главные из
возмущений (помех). Такое управление называется управлением по возмущению. В
комбинированных САУ используются оба эти принципа управления (по
отклонению и по возмущению). В САУ сложными техническими системами (например,
производственными и энергетическими комплексами, транспортными средствами)
или технологическими процессами с большим числом регулируемых параметров
широко применяются средства вычислительной техники — микропроцессоры,
ЭВМ, управляющие машины.
Система вала — совокупность посадок, в которых предельные отклонения валов
одинаковы (при одном и том же классе точности и одном и том же номинальном
размере), а различные посадки достигаются путем изменения предельных
отклонений отверстий во всех стандартных посадках системы вала верхнее отклонение вала
равно нулю. Такой вал называется основным валом.
Система обеспечения функционирования ГСП — совокупность в общем случае
взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование
изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой
производственной системой при помощи средств вычислительной техники и
автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки. В общем
случае в систему обеспечения функционирования ГСП входят: автоматизированная
транспортно-складская система (АТСС); автоматизированная система инструме-
тального обеспечения (АСИО); система автоматизированного контроля (САК);
автоматизированная система удаления отходов (АСУО); автоматизированная система
управления технологическими процессами (АСУТП); система автоматизированного
проектирования (САПР); автоматизированная система технологической подготовки
производства (АСТПП); автоматизированная система управления (АСУ) и т. д.
Система отверстия — совокупность посадок, в которых предельные отклонения
отверстий одинаковы (при одном и том же классе точности и одном и том же
номинальном размере), а различные посадки достигаются путем изменения предельных
отклонений валов. Во всех стандартных посадках системы отверстия нижнее
отклонение отверстий равно нулю. Такое отверстие называется основным отверстием.
Система машин — представленная как единое целое совокупность машин
определенного назначения. Важные преимущества системы машин — решение проблем
труда, повышение его содержательности, возрастание роли творческих начал и
функций в трудовых процессах, улучшение условий труда, значительное повышение
удельного веса умственного труда. Примерами систем машин являются:
оборудование гибких автоматизированных производств, комплексы сельскохозяйственных
машин и др.
Система средней линии — система отсчета, используемая при оценке параметров
шероховатости поверхности, в которой в качестве базовой линии используется
средняя линия.
Система технологической подготовки производства предприятия — система
организации и управления технологической подготовкой производства,
установленная нормативно-технической документацией предприятия в соответствии с
государственными стандартами ЕСТПП и отраслевыми стандартами.
Система управления машины, система управления — система, обеспечивающая
согласованность перемещений всех исполнительных органов в соответствии с
заданной программой машины.
746
Система характеристик автоматизации технологических процессов, система
характеристик автоматизации — совокупность качественных и количественных
характеристик автоматизации технологических процессов, необходимая и
достаточная для оценки и анализа ее состояния в соответствии с требованиями
нормативно-технической документации.
Система характеристик механизации технологических процессов, система
характеристик механизации — совокупность качественных и количественных
характеристик механизации технологических процессов, необходимая и достаточная для
оценки и анализа ее состояния в соответствии с требованиями нормативно-
технической документации.
Сифонная заливка — заливка литейной формы, осуществляемая снизу сифонной
литниковой системой.
Сифонная литниковая система — литниковая система для подачи жидкого
металла в полость литейной формы снизу.
Скачкообразное движение при трении — явление чередования относительного
скольжения и относительного покоя или чередования увеличения и уменьшения
относительной скорости скольжения, возникающее самопроизвольно при трении
движения. Примером скачкообразного движения может служить движение,
возникающее вследствие автоколебаний при понижении коэффициента трения с
увеличением скорости скольжения.
Складирование — операция размещения грузов в определенном порядке для
хранения или временного накопления.
Скоростное шлифование — шлифование с рабочей скоростью абразивного
инструмента свыше 35 до 60 м/с.
Скорость — число оборотов ведущего вала в единицу времени.
Скорость главного движения — мгновенная скорость главного движения
рассматриваемой точки на режущей кромке относительно обрабатываемой детали.
Скорость движения подачи, скорость подачи — скорость рассматриваемой точки
на режущей кромке в движении подачи.
Скорость подачи — мгновенная скорость подачи рассматриваемой точки на
режущей кромке относительно обрабатываемой детали, когда подача прерывистая,
например, в строгальном процессе, скорость подачи не определяется.
Скорость резания — мгновенная скорость движения резания рассматриваемой точки
на режущей кромке относительно обрабатываемой детали.
Скорость результирующего движения резания — скорость рассматриваемой
точки режущей кромки в результирующем движении резания.
Скрытая база — база в виде воображаемой плоскости, оси или точки.
Слесарная обработка — обработка, выполняемая ручным инструментом или
машиной ручного действия.
Сливная изложница — открытая литейная форма для слива остатков металла из
ковшей после заливки литейных форм.
Слиток — литая металлическая заготовка для дальнейшей переработки путем
пластической деформации, переплава или электролиза.
Случайные колебания — колебания, представляющие собой случайный процесс.
Случайный профиль — непериодический профиль, который может быть описан
случайной функцией, например, профиль, получаемый после шлифования,
пескоструйной и дробеструйной обработки; апериодический профиль, который
описывается случайной функцией.
747
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) — маловязкие нефтепродукты
(керосины и нефтяные масла в смеси с поверхностно-активными веществами (ПАВ) и
противозадирными присадками), водные растворы электролитов (соды, нитрата
натрия и др.) в смеси с ПАВ (триэтаноламином, уротропином и пр.), эмульсолы
(смеси индустриальных масел с водой, ПАВ, противоизносными и защитными
присадками). Маловязкие нефтепродукты применяют при резании металлов с малым
выделением теплоты. Водные растворы электролитов в смеси с ПАВ используют
для охлаждения инструмента при черновой обработке металла. Наиболее широко
распространены эмульсолы. Их применяют во всех случаях обработки металла
резанием и давлением, а также для обезжиривания деталей, смазки металлических
форм при производстве железобетонных изделий и др. Имеют кинематическую
вязкость (30...65) 10"6 м2/с (при 50 °С), содержат 5...30 % воды.
Снятие фаски — обработка резанием, заключающаяся в образовании фаски.
Собственный отказ технологической системы, собственный отказ — отказ
технологической системы, вызванный нарушением работоспособного состояния ее
элементов и (или) функциональных связей между ними.
Соосность — совпадение осей симметрии взаимосвязанных деталей. Обеспечение
соосности является непременным условием безотказной работы некоторых узлов
машины, в частности узлов трения, в связи с чем на соосность устанавливаются
жесткие допуски.
Сормайт — название группы литых высокоуглеродистых и высокохромистых
железных сплавов, содержащих также никель и кремний и отличающихся большой
твердостью (термин предложен металлургами Сормовского завода, разработавшими
такой сплав в 30-х годах XX в.). Применяются при наплавке на быстро
изнашивающиеся поверхности деталей и инструмента.
Состояние автоматизации технологического процесса, состояние
автоматизации — качество автоматизации технологического процесса, определяемое в
некоторый момент времени совокупностью значений характеристик, установленных в
нормативно-технической или технической документации.
Состояние механизации технологического процесса, состояние механизации —
качество механизации технологического процесса, определяемое в некоторый
момент времени совокупностью значений характеристик, установленных в
нормативно-технической или технической документации.
Спектральный анализ колебаний, спектральный анализ — определение спектра
колебаний или спектра частот.
Специальная токарная операция — операция, выполняемая на специальных
токарных станках. Примером специальных токарных операций являются операции
обработки коленчатых и распределительных валов, операции на трубо- и муфтооб-
рабатывающих станках и т. д.
Специальная фрезерная операция — операция, выполняемая на специальных
фрезерных станках. Примером специальных фрезерных операций являются операции
обработки канавок, сверл, метчиков, разверток и др.
Специальная шлифовальная операция — операция, выполняемая на специальных
шлифовальных станках. Примером специальных шлифовальных операций являются
операции обработки желобов и бортиков колец подшипников качения, обработки
шеек коленчатых и распределительных валов и т. д.
Специальное кузнечно-прессовое оборудование — кузнечно-прессовое
оборудование для изготовления однотипных деталей, в конструкции которых учтены индиви-
748
дуальные требования конкретного потребителя, осваиваемое и выпускаемое по
единичным заказам.
Специальный штамп, специализированный штамп (недопустимо) — штамп для
изготовления только заданных изделий.
Сплавы — соединения двух или более веществ, образовавшиеся в результате
кристаллизации (затвердевания) расплавов. Металлические сплавы могут состоять либо
только из металлов (например, бронза — сплав меди с оловом), либо из металлов и
неметаллов (например, сталь и чугун — сплав железа с углеродом),
неметаллические сплавы — из неметаллических веществ, например силикаты естественные
(гранит, гнейс, базальт) и искусственные (стекло, шлаки), сплавы солей и
органических веществ. В промышленности применяют свыше 10 тыс. сплавов.
Сплошная коррозия — коррозия, охватывающая всю поверхность металла.
Способ производства — исторически определенный способ добывания
материальных благ; единство производительных сил и производственных отношений; основа
общественно-экономической формации.
Сравнение — сопоставление объектов с целью выявления черт сходства или черт
различия между ними.
Среднеарифметический наклон профиля — среднее арифметическое абсолютных
значений постоянной изменения отклонений профиля в пределах базовой длины.
Среднее значение параметра шероховатости поверхности — среднее значение
параметра шероховатости, определенных на всех длинах оценки.
Средний арифметический наклон профиля — среднее арифметическое значение
наклонов профиля в пределах базовой длины.
Среднеквадратическая длина волны профиля — 2л-кратное отношение средне-
квадратического отклонения профиля к среднеквадратическому наклону профиля.
Среднеквадратический наклон профиля — среднеквадратическое значение
постоянной изменения отклонений профиля в пределах базовой длины.
Средний наружный диаметр — среднее арифметическое наибольшего и
наименьшего наружных диаметров одного отдельного кольца.
Средний шаг местных выступов профиля — среднее значение шагов местных
выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины; среднее значение шага
местных выступов в пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей профиля — среднее значение шага неровностей
профиля в пределах базовой длины.
Средняя арифметическая линия профиля (называемая также центральной
линией) — базовая линия, имеющая форму геометрического профиля и параллельная
основному направлению профиля по всей базовой длине, так что в пределах
базовой длины суммы площадей, заключенных между этой линией и профилем, по обе
ее стороны, одинаковы. Центральная линия определяется и используется для
удобства при графическом построении в качестве приближенной средней линии
наименьших квадратов, в тех случаях, когда профиль имеет заметную периодичность и
его основное направление, следовательно, вполне определенное, центральная линия
«равной площади» будет единственная. Если профиль нерегулярный, то оценка его
основного направления становится неопределенной в некотором диапазоне, в
пределах этого диапазона может быть проведено семейство центральных линий «равной
площади», одна из которых будет идентична средней линии наименьших квадратов.
Средняя высота неровностей профиля — сумма абсолютных средних значений
высот выступов профиля и глубин впадин профиля в пределах базовой длины.
749
Средняя длина волны профиля — величина, пропорциональная отношению
среднего арифметического отклонения профиля к среднему арифметическому наклону
профиля; 2л-кратное отношение среднеарифметического отклонения профиля к
среднеарифметическому наклону профиля. Средняя длина волны профиля есть
близкая аппроксимация среднеквадратичной длины волны.
Средняя линия профиля — базовая линия, имеющая форму номинального профиля
и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое
отклонение профиля до этой линии минимально.
Средства измерений — технические средства, применяемые для проведения
экспериментальной части измерений и имеющие нормированные метрологические
свойства. К средствам измерений относятся меры, измерительные приборы и
преобразователи, а также состоящие из них измерительные установки и системы.
Средства производства — совокупность средств и предметов труда, используемых
людьми в процессе производства материальных благ. Средства производства
составляют вещественный фактор производительных сил; средства производства,
включая технологию производства, образуют материально-техническую базу
общества. С помощью средств труда человек воздействует на предметы труда.
Средства технического обслуживания — средства технологического оснащения и
сооружения, предназначенные для выполнения технического обслуживания.
Средства технологического оснащения, средства оснащения — совокупность
орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса.
Срок технологической подготовки производства, срок ТПП — интервал времени
от начала до окончания технологической подготовки производства изделия.
Стальной режущий инструмент, стальной инструмент — лезвийный инструмент
с лезвиями из стали.
Стандартный комлект документов технологического процесса, стандартный
комплект документов — комплект технологических документов, установленных в
соответствии с требованиями стандартов государственной системы стандартизации.
Станок в технике — машина для обработки различных материалов, иногда
поддерживающее устройство, применяемое в том или ином производстве.
Станок для динамической балансировки, центробежный балансировочный станок
(недопустимо), станок для статико-динамической балансировки (недопустимо),
центробежное устройство балансировки (недопустимо) — балансировочный станок,
определяющий дисбалансы на вращаемом им роторе.
Станок для статической балансировки, гравитационный балансировочный
станок (недопустимо), станок для статической балансировки без вращения
(недопустимо), невращающийся балансировочный станок (недопустимо), балансировочный
станок без вращения (недопустимо), гравитационное устройство без вращения
(недопустимо), гравитационное устройство балансировки (недопустимо),
гравитационное уравновешивающее устройство (недопустимо) — балансировочный станок,
определяющий только главный вектор дисбалансов.
Старение металлов — изменение строения и свойств металлов и сплавов,
протекающее либо самопроизвольно, в процессе длительной выдержки при комнатной
температуре (естественное старение металлов) либо при нагреве (искусственное
старение металлов). Обычно старение приводит к увеличению прочности и
твердости металлов при одновременном уменьшении пластичности и ударной вязкости. В
ряде случаев старение отрицательно влияет на свойства металла (например,
деформационное старение). Старению подвергают металлические детали и изделия, кото-
750
рые на должны менять форму и размеры в процессе эксплуатации (станины станков,
рамы роялей и т. д.). Старение используют для повышения прочности и
жаропрочности металлических сплавов.
Статическая балансировка, балансировка в одной плоскости (недопустимо),
статическое уравновешивание (недопустимо), уравновешивание в одной плоскости
(недопустимо) — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный вектор
дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность.
Статическая плоскость резания — координатная плоскость, касательная к
режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная статической основной
плоскости.
Статическая система координат (ССК) — прямоугольная система координат с
началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно
направления скорости главного движения резания. Статическая система координат
применяется для приближенных расчетов углов лезвия в процессе резания и для учета
изменения этих углов после установки инструмента на станке. Она является в общем случае
переходной системой от инструментальной системы координат к кинематической.
Статический главный задний угол — угол в статической главной секущей
плоскости лезвия между задней поверхностью и статической плоскостью резания.
Статический главный передний угол — угол в статической главной секущей
плоскости лезвия между передней поверхностью и статической основной плоскостью.
Стендовые испытания — испытания объекта, проводимые на испытательном
оборудовании.
Стержневая литейная машина — литейная машина для изготовления литейных
стержней.
Стержневая литейная форма, сборно-стержневая литейная форма (недопустимо) —
литейная форма, изготовляемая или используемая с применением литейных стержней.
Стержневая формовка — формовка, при которой литейная форма собирается из
литейных стержней, образующих как внешние, так и внутренние очертания отливки.
Стержневой знак литейной модели — дополнительная, по отношению к
конфигурации отливки, часть литейной модели для образования в литейной форме базы
для простановки стержней.
Стержневой знак стержневого ящика — дополнительная, по отношению к
конфигурации отливки, часть стержневого ящика для образования на стержне базы для
простановки стержней.
Стержневой каркас, патрон (недопустимо), стержневой сердечник (недопустимо) —
приспособление, применяемое для упрочения литейных стержней при их
изготовлении и использовании.
Стержневой литейный шаблон — дополняющее стержневой ящик или
самостоятельное профилирующее приспособление для образования стержня из стержневой
смеси или массы на металлическом каркасе или кирпичной кладке.
Стержневой ящик, шишельный ящик — формообразующее изделие, имеющее
рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и
очертаний из стержневой смеси.
Стоимость технического обслуживания — стоимость одного технического
обслуживания данного вида.
Стопочная литейная форма — литейная форма, изготовляемая по модельной
плите и собираемая в стопку с горизонтальным разъемом для заливки от одного
литникового стояка.
751
Строгальная операция — операция, выполняемая на станках строгальной группы.
Строгальный станок — 1) металлорежущий станок для обработки плоских и
фасонных поверхностей; 2) деревообрабатывающий станок с вращающимися ножами
для получения гладких поверхностей (главным образом для удаления следов
распиливания), для придания точных размеров, образования фасонного профиля и т. п.
Строгание — обработка резанием, осуществляемая однолезвийным инструментом
с возвратно-поступательным главным движением резания.
Стружка — деформированный и отделенный в результате обработки резанием
поверхностный слой материала заготовки.
Стружкозавивающая канавка — канавка на передней поверхности лезвия
инструмента для завивания сходящей стружки.
Стружколом — созданное на передней поверхности лезвийного инструмента
препятствие для ломания стружки. Различают накладной стружколом, стружколомаю-
щую канавку и стружколомающий порожек; модификация передней поверхности А
гамма, служащая для регулирования схода стружки или ее разрушения, состоящая
из выполненной заодно канавки или выполненного заодно или прикрепленного
препятствующего элемента (ступеньки).
Струйно-абразивная обработка, абразивно-жидкостная обработка (недопустимо),
гидроабразивная обработка (недопустимо), гидрообработка (недопустимо) —
обработка абразивными зернами, введенными в струю жидкости или газа.
Структурная схема механизма — схема механизма, указывающая стойку,
подвижные звенья, виды кинематических пар и их взаимное расположение.
Структурная схема механизма может быть представлена или графическим изображением с
применением условных обозначений звеньев и кинематических пар, или
аналитической записью, допускающей применение ЭВМ.
Структурный синтез механизма — проектирование структурной схемы механизма.
Ступенчатая пайка — пайка многошовных заготовок или изделий с поочередным
образованием паяных швов, при которой не происходит распайка или образование
дефектов образованных ранее соединений.
Ступень автоматизации технологических процессов — качественная
характеристика состояния автоматизации технологических процессов или их систем,
определяемая областью применения, которая может изменяться от технологической
операции до системы технологических процессов всех отраслей машиностроения и
приборостроения.
Ступень механизации технологических процессов — качественная
характеристика состояния механизации технологических процессов или их систем, определяемая
областью применения, которая может изменяться от технологической операции до
системы технологических процессов всех отраслей машиностроения и
приборостроения.
Суперфиниширование — доводка, осуществляемая при одновременно
выполняемых колебательном движении абразивного инструмента и вращении заготовки.
Суперфиниширование в центрах — суперфиниширование, при котором в качестве
технологической базы используются центровые отверстия или наружные центровые
поверхности заготовки или центровой оправки.
Суппорт (англ. и франц. support, от позднелат. supporto — поддерживаю) —
основной узел металлорежущего станка обычно токарной или строгальной групп для
закрепления и перемещения при работе режущих инструментов или изделия. Суппорт
выполняет установочные и рабочие движения с точностью и быстротой, которые не
752
может обеспечить станочник. На современных станках устанавливают
механические (самоходные) суппорты.
Сущность — совокупность глубинных связей, отношений и внутренних законов,
определяющих основные черты и тенденции развития материальной системы.
Сферосуперфиниширование, профильное суперфиниширование (недопустимо),
фасонное суперфиниширование (недопустимо) — суперфиниширование
сферической поверхности.
Сферошлифование — шлифование сферической поверхности.
Схватывание при трении, схватывание — явление местного соединения двух
твердых тел, происходящего вследствие действия молекулярных сил при трении.
Такт выпуска, такт — интервал времени, через который периодически
производится выпуск изделий или заготовок определенных наименований, типоразмера и
исполнения.
Тарифная сетка — шкала, определяющая соотношение между оплатой труда за
единицу времени и квалификацией труда с учетом вида работы и условий ее
выполнения.
Твердая смазка — смазка, при которой разделение поверхностей трения деталей,
находящихся в относительном движении, осуществляется твердым смазочным
материалом.
Твердосплавные пластинки — стандартные по форме пластинки, на рабочей части
которых методами заточки после присоединения к державкам (корпусам)
инструментов создается определенная геометрия режима части резца, фрезы, сверла,
долота и т. д. Твердосплавные пластинки изготовляют из карбида вольфрама, карбида
титана и других твердых сплавов. Инструменты с твердосплавными пластинками
имеют высокую стойкость; они позволяют работать с повышенными скоростями
при обработке металлов резанием, бурении скважин и т. п.
Твердость — свойство материала сопротивляться деформированию, образованию и
развитию трещины при сосредоточенной нагрузке.
Твердые сплавы — материалы с высокой твердостью, прочностью, реже и другими
свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают
литые и спеченные (металлокерамические) твердые сплавы; последние получают
методом порошковой металлургии из твердых карбидов металлов, сцементированных
пластичным металлом-связкой.
Теоретический радиальный зазор — разность между средними диаметрами
дорожек качения наружного и внутреннего колец, уменьшенная на удвоенный средний
диаметр тела качения.
Термитная сварка — сварка, при которой для нагрева используется энергия
горения термитной смеси. Различают термитную сварку способом промежуточного
литья (соединение осуществляется заполнением зазора между деталями
расплавленным металлом; используется при изготовлении сварно-литых и сварно-кованых
конструкций большого сечения); термитная сварка впритык (теплота шлака и
расплавленного металла расходуется для нагрева металла свариваемых деталей до
пластического состояния, а соединение осуществляется приложением сжимающего
усилия; используется для сварки труб, проводов, рельсов и др.) и комбинированный
способ термитной сварки для сварки рельсов.
Термическая обработка металлов — совокупность операций теплового
воздействия на металлы и сплавы с целью нужного изменения структуры и свойств, заклю-
753
чающаяся в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре
и последующем охлаждении с заданной скоростью. Термическая обработка — одно
из важнейших звеньев технологического процесса производства деталей машин и
других изделий. Применяется как промежуточная операция для улучшения
технологических свойств металла (обрабатываемости давлением, резанием) и как
окончательная — придания ему комплекса механических, физических и химических
свойств, обеспечивающих необходимые характеристики изделия. Основные виды
термической обработки: закалка, отпуск, отжиг, нормализация, старение
(искусственное), патентирование. Тепловое воздействие может сочетаться с химической
(химко-термической обработка), деформацией (термомеханическая обработка),
магнитной (термомагнитная обработка). Разновидность термической обработки —
обработка стали холодом, электротермическая обработка.
Термомеханическая обработка металлов и сплавов — совокупность операций
деформации нагрева и охлаждения, в результате которых формирование
окончательной структуры и свойств материала происходит в условиях повышенного числа
несовершенств кристаллов (главным образом дислокаций), созданных пластической
деформацией. Термическая обработка — один из перспективных путей повышения
конструктивной прочности материалов.
Термопластавтомат — кузнечно-прессовая машина для литья под давлением
термопластичных материалов.
Технико-экономическая эффективность — способность системы получать
определенный с минимально допустимыми затратами ресурсов.
Технико-экономические показатели — система показателей работы предприятий
(объединений) и отраслей, применяемая для анализа их хозяйственной
деятельности, планирования, организации и технического уровня производства,
использования производственных фондов и трудовых ресурсов. Имеются общие технико-
экономические показатели (для всей отрасли; например, энерговооруженность
труда, уровень механизации и специализации производства и др.) и специфические
(для отдельных производств, например, в металлургии показатель использования
полезного объема доменных печей.
Техническая эксплуатация — часть эксплуатации, включающая
транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт изделия.
Технические условия (ТУ) — документ, содержащий требования (совокупность
всех показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению,
контролю, приемке и поставке, которые нецелесообразно указывать в других
конструкторских документах.
Техническое задание — исходное описание проектируемого объекта, в котором
имеются сведения о его назначении, указаны требования к его выходным
параметрам, условия испытаний, ввода в действие и эксплуатации, а также сведения,
отражающие результаты предпроектных исследований.
Техническое задание ТПП, техническое задание — документ, устанавливающий
перечень задач и условия выполнения работ при формировании или
совершенствовании ТПП на предприятии, т. е. в нем указаны этапы и объем работ, сроки
выполнения и исполнители, основные требования к разрабатываемой документации,
источники финансирования, ориентировочные расчеты трудовых затрат и т. д.
Техническое нормирование — установление технически обоснованных норм
расхода производственных ресурсов. Различают техническое нормирование труда и
техническое нормирование расхода материалов.
754
Техническое обслуживание, профилактическое обслуживание (недопустимо),
технический уход (недопустимо) — комплекс операций или операция по поддержанию
работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению,
ожидании, хранении и транспортировании.
Техническое обслуживание при использовании — техническое обслуживание при
подготовке к использованию по назначению, использовании по назначению, а также
непосредственно после его окончания.
Техническое обслуживание с периодическим контролем — техническое
обслуживание, при котором контроль технического состояния выполняется с
установленными в нормативно-технической документации периодичностью и объемом, а
объем остальных операций определяется техническим состоянием изделия в момент
начала технического обслуживания.
Техническое перевооружение — комплекс мероприятий по повышению
технического уровня цехов, участков, агрегатов, установок. В отличие от реконструкции
техническое перевооружение не предполагает обязательного переоборудования и
перестройки производства. Его осуществляют путем внедрения новой техники и
технологии, механизации и автоматизации производственных процессов,
модернизации морально устаревшего и физически изношенного оборудования новым, более
производительным, улучшение структуры и организации производства.
Технический проект — совокупность конструкторских документов, которые
содержат окончательные технические решения, дающие полное представление об
устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей
документации.
Технический проект ТПП, технический проект — документация, содержащая
методику решения технических и организационных задач, установленных
техническим заданием ТПП, и решения основных задач из их числа. Примерами ТПП
является разработка методов проектирования, технологических процессов, обеспечения
технологической оснасткой и т. д.
Техническое состояние — совокупность подверженных изменению в процессе
производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный
момент времени признаками, установленными технической документацией на этот
объект. Видами технического состояния являются исправность, работоспособность,
неисправность, неработоспособность и т. д.
Технический уровень продукции (ТУП) — относительная характеристика качества
продукции, основанная на сопоставлении значений показателей, характеризующих
техническое совершенство оцениваемой продукции, с соответствующими базовыми
значениями. ТУП включает совокупность показателей технического совершенства
изделия, т.е. показатели, существенно повышающие полезный эффект продукции на
основе современных научно-технических достижений, показатели материало- и
энергоемкости, эргономические показатели, показатели безопасности и т. д. ТПУ
достигается в результате применения оригинальных конструктивных решений,
новых высокопрочных материалов, внедрения прогрессивных технологических
процессов, методов расчета, контроля, испытаний и т. д. Показатели ТУП используются
при выдаче технических заданий на проектирование новых изделий и планирования
НИР и ОКР, в решении правовых вопросов, связанных с приоритетом, правом
передачи лицензий, выдачей патентов, авторских свидетельств и привилегий.
Технический уровень производства — относительная характеристика,
выражающая достаточную ступень развития и совершенствования средств производства,
755
использования основных производственных фондов, нормируемых оборотных
средств и трудовых ресурсов, отражает также использование достижений науки и
техники и наиболее полно отвечает социально-экономическим требованиям
производственной и природной среды.
Технологии общемашиностроительные — процессы изготовления деталей, узлов
и машин в целом; включают все процессы металлообработки заготовок и деталей, а
также изготовления узлов и изделий из неметаллических материалов (полимерных,
композиционных, керамических и др.). Технологии общемашиностроительные
подразделяются на четыре группы: 1) заготовительные; 2) технологии обработки; 3)
сборочные; 4) технологии испытаний, контроля и доводки узлов и машин.
Технологии, входящие в каждую группу, в свою очередь, делятся по видам: литье,
формообразование, сварка, механообработка, сборка и т. д.
Технологическая база, установочная база (недопустимо) — поверхность, сочетание
поверхностей, ось или точка, которые используются для определения положения
предмета труда в процессе изготовления (и принадлежат этому предмету); база,
используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении
или ремонте.
Технологическая готовность производства, технологическая готовность —
наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической
документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления
заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими
показателями.
Технологическая дисциплина — соблюдение точного соответствия
технологического процесса изготовления или ремонта изделия требованиям технологической
или конструкторской документации.
Технологическая машина — машина, предназначенная для преобразования
обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или
состояния.
Технологическая норма — регламентирующее значение показателя
технологического процесса.
Технологическая операция групповая — операция совместного изготовления
группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Технологическая оснастка литейного производства — средства
технологического оснащения, дополняющие литейное технологическое оборудование для
выполнения определенной части технологического процесса получения отливок.
Технологическая подготовка производства (ТПП) — совокупность мероприятий,
обеспечивающих технологическую готовность производства.
Технологическая преемственность изделия, технологическая преемственность —
совокупность свойств изделия, характеризующих единство применяемости и
повторяемости технологических методов выполнения составных частей и их
конструктивных элементов, относящихся к изделиям данной классификационной группы.
Технологическая себестоимость изделия, технологическая себестоимость —
часть себестоимости изделия, определяемая суммой затрат на осуществление
технологических процессов изготовления изделия.
Технологическая система — совокупность функционально взаимосвязанных
средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для
выполнения в регламентированных условиях производства заданных
технологических процессов или операций.
756
Технологическая типовая операция — характеризуется единством содержания и
одинаковой последовательностью технологических переходов для группы изделий с
общими конструктивными и технологическими признаками.
Технологический групповой процесс, групповая технология — процесс
изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими
признаками.
Технологический документ — графический или текстовый документ, который
отдельно или в совокупности с другими документами определяет технологический
процесс или операцию изготовления изделия.
Технологический единичный (специальный) процесс — процесс изготовления
изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа
производства.
Технологический комплекс, комплекс — совокупность функционально связанных
средств технологического оснащения для выполнения и регламентирования
условий производства заданных технологических процессов или операций.
Технологический контроль конструкторской документации — контроль
конструкторской документации, при котором проверяется соответствие конструкции
изделия требованиям технологичности.
Технологический маршрут — последовательность прохождения заготовки, детали
или сборочной единицы по цехам и производственным участкам предприятия при
выполнении технологического процесса изготовления или ремонта. Различают
межцеховой и внутрицеховой технологические маршруты.
Технологический метод, метод — совокупность правил, определяющих
последовательность и содержание действий при выполнении форообразований, обработки
или сборки, перемещения, включая технический контроль, испытания и
технологический процесс изготовления или ремонта, установленный безотносительно к
наименованию, типоразмеру или исполнению изделия.
Технологический переход, переход — законченная часть технологической
операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при
постоянных технологических режимах и установках. Разделяют основные и
вспомогательные технологические переходы. Вспомогательный технологический
переход — часть операции, состоящая из действий человека и (или) технологического
оборудования, которые не сопровождаются (при основном переходе —
сопровождаются) изменением предмета, т. е. его размеров и свойств, но необходимы для
выполнения перехода (операции). К числу вспомогательных относятся траспортные,
контрольные, испытательные и другие переходы.
Технологический процесс, процесс — часть производственного процесса,
совокупность технологических операций, содержащая целенаправленные действия по
изменению и последующему определению состояния предмета производства. Например,
технологический процесс сварки может состоять из операций подготовки,
установки, сварки деталей и зачистки сварного узла. Технологический процесс излагается в
технологических или маршрутных картах, входящих в состав технологической
документации. Для определенных типовых изделий разрабатывают типовой или
групповой технологический процесс, позволяющий ускорить подготовку производства
новых изделий.
Технологический процесс базовый — технологический процесс высшей
категории, принимаемый за исходный при разработке конкретного технологического
процесса.
757
Технологический режим — совокупность изменений параметров технологического
процесса (скорости резания, подачи, глубины резания, температуры нагрева или
охлаждения, скорости деформирования и т. п.) в определенном интервале времени.
Технологический типовой процесс — процесс изготовления группы изделий с
общими конструктивными и технологическими признаками.
Технологический установ — часть технологической операции, выполняемая при
условии неизменного закрепления обрабатываемых заготовок или собираемой
сборочной единицы.
Технологическое оборудование, оборудование — воздействующие на предмет
труда средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной
части технологического процесса размещаются материалы или заготовки, средства
воздействия на них, а также технологическая оснастка. К технологическому
оборудованию относят металлорежущие станки, литейные и сварочные машины, прессы,
печи, гальванические и моечные ванны, лазерные установки для резки, покрасочные
и сушильные камеры, испытательные и доводочные стенды, автоматы для сборки и
контроля деталей и т. д.
Технологическое покрытие — металлическое покрытие на паяемом материале,
применяемое для защиты его от окисления при нагреве, участвующее в контактном
плавлении и растворяющееся в расплавленном припое.
Технологическое проектирование — совокупность проектных процедур,
направленных на получение описаний технологии изготовления объекта, т. е. определение
состава и последовательность технологических операций и переходов, типа и
режима работы, используемого технологического оборудования, приспособлений и
инструмента.
Технологичность изделия в сборке — совокупность свойств изделия,
определяющая его приспособленность к технологической подготовке сборочного
производства и сборке и характеризующееся отношениями затрат труда, средств, материалов и
времени на их выполнение к значениям соответствующих показателей изделий-
аналогов, определенных в принятых условиях производства.
Технологичность конструкций изделия, технологичность — совокупность свойств
конструкции изделия, определяющая ее приспособленность к достижению
оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных
показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Технологичность конструкции изделия обеспечивается при разработке конструкции изделия.
Технологичная конструкция характеризуется простотой компоновки,
совершенством форм. Отработка конструкции изделия на технологичность осуществляется на
всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства и,
в обоснованных случаях, при изготовлении изделия.
Для оценки определенной конструкции пользуются базовыми показателями
технологичности изделий, которые являются составной частью требований,
устанавливаемых технологическим заданием на проектирование изделия. При
сравнительной количественной оценке вариантов конструкции одного и того же изделия
пользуются одинаковыми показателями технологичности конструкции изделия и
одними и теми же методами их определения. Состав работ по обеспечению
технологичности конструкций изделий на всех стадиях их создания устанавливается
Единой системой технологической подготовки производства (ЕСТПП).
Технологичность конструкции изделия, технологичность — совокупность свойств
конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению опти-
758
мальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для
заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Технология (от греч. techno — искусство, мастерство, умение и logos — слово,
учение, наука) — совокупность методов и способов получения, обработки, изменения
состояния, свойств материалов и полуфабрикатов, осуществляемых в процессе
производства продукции для получения предметов потребления и средств производства.
Задачей технологии как науки является выявление физических, химических,
механических и других закономерностей с целью определения и использования на
практике наиболее эффективных и экономичных технологических процессов,
требующих наименьших затрат времени и материальных ресурсов. Технологии
различных отраслей постоянно обновляются и изменяются по мере развития техники.
Совершенствование технологий всех отраслей и видов производства — важное
условие ускорения технического прогресса.
Технология машиностроения — 1) раздел технических наук, 2) технология
машиностроения — сумма технологических процессов, зафиксированных
документально, необходимых и достаточных для изготовления в производственных условиях
всего многообразия машин, приборов, различного оборудования и устройств, т. е.
всей продукции машиностроения.
Тип производства — классификационная категория производства, выделяемая по
признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска
продукции. Различают типы производства: единичное, серийное, массовое. В
соответствии с ГОСТ одной из основных характеристик типа производства является
коэффициент закрепления операций.
Типизация (от греч. typos — отпечаток, форма, образец) — установление типовых
конструкций или технологических процессов на основе общих для ряда изделий
или процессов технических характеристик. Типизация — один из методов
стандартизации, который часто называется методом базовых конструкций.
Типовая технологическая операция, типовая операция — технологическая
операция, характеризуемая единством содержания и последовательности
технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и
технологическими признаками.
Типовое изделие — изделие, принадлежащее к группе изделий близкой
конструкции, обладающее наибольшим количеством конструктивных и технологических
признаков этой группы.
Типовой технологический процесс, типовой процесс — технологический процесс
изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими
признаками.
Токарная операция — операция, выполняемая на станках токарной группы.
Токарно-копировальная операция — операция, выполняемая на токарно-
копировальном станке или полуавтомате.
Токарно-отрезная операция — операция, выполняемая на токарно-отрезном
автомате или полуавтомате.
Толщина слоя антифрикционного материала — толщина слоя
антифрикционного материала, нанесенного на основу подшипника скольжения, или промежуточный
технологический слой.
Толщина срезаемого слоя, толщина среза — длина нормали к поверхности резания,
проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная
сечением срезаемого слоя.
759
Толкающий конвейер — разновидность подвесного конвейера, в котором
тяговый орган не прикреплен к тележке с подвеской для груза, а движется по
отдельному пути. Толкающий конвейер обеспечивает совмещение транспортных,
технологических и складских операций, объединение оборудования в
автоматизированную систему.
Томление чугуна — длительная выдержка белого чугуна при температуре 900.. .950 °С
для получения ковкого чугуна. В процессе томления чугуна исчезает неустойчивый
цементит и образуются компактные включения свободного графита (углерода отжига).
Торцевание, торцовка — операция по обработке торцов валиков и других
цилиндрических или призматических деталей. Широко применяется в машиностроении и
деревообработке.
Торцевое биение — разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек
реального профиля торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой
оси. Торцевое биение определяется в сечении торцовой поверхности цилиндром
заданного диаметра, соосным с базовой осью, а если диаметр не задан, то в сечении
любого (в том числе и наибольшего) диаметра торцовой поверхности.
Торцовое фрезерование — фрезерование торцовым лезвийным инструментом.
Торцовый зенкер; торцовая зенковка — см. цековка.
Точение, токарная обработка — операция обработки снятием стружки (резанием)
при помощи резцов с наружных и внутренних поверхностей тел вращения
(цилиндрических, конических и фасонных), а также со спиральных и винтовых деталей.
Точение характеризуется вращательным движением заготовки (главное движение) и
поступательным инструмента — резца (движение подачи).
Точение — лезвийная обработка с вращательным главным движением резания и
возможностью изменения радиуса его траектории.
Точечная дуговая сварка — дуговая сварка без перемещения электрода в
плоскости, перпендикулярной его оси, в виде отдельных точек.
Точечная контактная сварка, точечная сварка — шаговая контактная сварка, при
которой детали соединяются в отдельных точках, находящихся между торцами
электродов, передающих усилие сжатия, электроды, подводящие ток, одновременно
выполняют роль пуансонов для осадки металла в нагретой зоне. Точечная
контактная сварка производится на точечной машине. Применяется для сварки главных
образцов штампованных заготовок из углеродистых конструкционных,
низколегированных, коррозионно-стойких сталей, алюминия, меди, а также для сварки очень
тонких (до 0,1 мм) заготовок.
Точность балансировки — точность балансировки характеризуется произведением
удельного дисбаланса на наибольшую частоту вращения ротора в
эксплуатационных условиях.
Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов
измерений к истинному значению этой величины. Высокая точность измерений
обеспечивает малые как систематические, так и случайные погрешности.
Количественно точность может быть выражена значением, обратным модулю относительной
погрешности. Например, если относительная погрешность 0,1 %, т. е. 10~3, то
точность равна 103.
Точность обработки — степень приближения формы, размеров и положения
обработанной поверхности детали к требованиям чертежа и технических условий.
Определяется квалитетом, назначаемым на основании графиков и таблиц,
составленных для определенных групп металлорежущих станков. От точности обработки
760
зависит работоспособность сопряжений (нагрузка в контакте, условия образования
масляного слоя, износ и т. п.).
Травление — растворение с последующим удалением части материала с
поверхности твердых тел в практических целях (в отличие от коррозии). Различают
травление технологическое (для изменения формы и размеров поверхности изделий из
металла, ПП, стекла, древесины и других материалов) и структурное — для
выявления структуры кристаллических материалов. Различают травление полирующее,
локальное (или размерное) и селективное.
Полирующее травление применяют обычно для окончательной (финишной)
доводки обрабатываемой поверхности; в результате устраняются дефекты, оставшиеся в
приповерхностном слое после механической обработки изделия. Локальное травление
имеет целью удаление части вещества с поверхности изделия на заданном участке
(ограниченном, например, краями маски) для получения определенного рисунка в маске
или рельефа или для придания отдельным элементам изделия требуемых форм и
размеров. Селективное травление применяется в основном в планарной технологии для
создания требуемого рисунка на ПП пластинах или многослойных структурах, а также в
целях выявления структуры поверхности монокристаллов и характера структурных
дефектов кристаллических материалов, обнаруженияр-и-переходов и т. п.
Трение — 1) трение внешнее — механическое воздействие тел в местах их
соприкосновения, препятствующее их относительному движению в плоскости
соприкосновения; 2) трение внутреннее — процессы, происходящие внутри тел при их
деформировании и связанные с необратимым рассеянием механической энергии.
Трудоемкость изготовления изделия, трудоемкость изготовления — суммарные
затраты труда на выполнение технологических процессов изготовления изделия.
Тяжелое кузнечно-прессовое оборудование — кузнечно-прессовое оборудование,
включающее кузнечно-прессовую машину массой 30 Т и более.
Угловая скорость — число радиан вала в единицу времени.
Угол в плане — угол в основной плоскости между плоскостью резания и рабочей
поверхностью.
Угол движения подачи фи — угол между направлением одновременно
осуществляемой подачи и главного движения, он измеряется в рабочей плоскости PFE, в
некоторых процессах обработки, например, в строгании, фасонной обработке и
протягивании, этот угол не может быть определен.
Угол заострения — угол в секущей плоскости между передней и задней
поверхностями лезвия.
Угол подачи — угол в рабочей плоскости между направлениями скоростей
движения подачи и главного движения резания.
Угол схода стружки — угол в плоскости, касательной к передней поверхности
лезвия, между направлением схода стружки и следом главной секущей плоскости.
Удельная масса материала в изделии — показатель материалоемкости,
характеризующий массу осуществленного в изделии конкретного вида материала,
необходимого для получения единицы полезного эффекта от использования изделия по
назначению. Примерами могут служить удельная масса металла в изделии, удельная
масса древесины в изделии, удельная масса стекла в изделии.
Удельная металлоемкость изделия, удельная металлоемкость — металл,
необходимый для получения единицы полезного эффекта от использования изделия по
назначению.
761
Удельная трудоемкость изготовления изделия — отношение трудоемкости
изготовления изделия к величине его полезного эффекта или к номинальному значению
основного параметра.
Узел (техническое) — 1) часть машины, механизма, установки и т. п., состоящая из
нескольких более простых элементов (деталей); 2) совокупность функционально
связанных сооружений, машин или других устройств (например, гидроузел,
радиоузел); 3) пункт на пересечении нескольких железнодорожных линий
(железнодорожный узел); 4) точка соединения ветвей электрической цепи; 5) часть сооружения
в месте соединения нескольких стержней и тому подобных элементов в
строительных конструкциях.
Узел — сборочная единица, которая может собираться отдельно от других
составных частей изделия или изделия в целом и выполнять определенную функцию в
изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями.
Ультразвуковая пайка — бесфлюсная пайка (лужение) с применением
ультразвуковых колебаний.
Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии
ультразвуковых колебаний.
Универсальное кузнечно-прессовое оборудование — кузнечно-прессовое
оборудование для изготовления деталей различной конструкции в установленном диапазоне
габаритных размеров и главного параметра, предназначенное для серийного
выпуска. Под главным параметром вида КПО понимается один из основных параметров,
наиболее полно характеризующий его технологические возможности и от значения
которого зависят значения остальных параметров.
Универсальный блок штампа, универсальный блок — блок штампа,
предназначенный для эксплуатации со сменными пакетами штампа.
Универсальный сварочный вращатель — сварочный вращатель для вращения
свариваемых изделий с различными углами наклона оси вращения.
Универсальный штапм — штамп для изготовления различных изделий.
Уникальное кузнечно-прессовое оборудование — специальное кузнечно-прессовое
оборудование, изготовленное в одном или нескольких экземплярах и являющееся
исключительным по значениям технических характеристик.
Унификация (от латинского unus — один и делаю и facio — делаю) —
относительное сокращение разнообразия элементов по сравнению с разнообразием
систем, в которых они применяются. Элементами унификации могут быть предмет,
процесс, а также их признаки (значения параметров или описания качеств
признаков) либо совокупность этих признаков, рассматриваемых при решении задачи
как неделимое целое. Унификация конструктивная — приведение
конструктивных решений машин, приборов, бытовых изделий, а также их частей, узлов и
деталей, выполняющих особые конструктивные функции, к технически
обоснованному минимуму процессов. В процессе унификации соблюдается принцип
конструктивной преемственности: в новых изделиях максимально используют узлы и
детали, уже применявшиеся в других конструкциях, с возможно большим числом
одинаковых базовых и присоединительных размеров, обеспечивающие
взаимозаменяемость и многократное применение уже проверенных конструкций.
Унификация позволяет на основе общих конструктивных решений проводить принцип
агрегатирования. Унификация размеров — приведение размеров деталей, узлов и
изделий, выполняющих отдельные функции, к некоторому минимуму
типоразмеров. Благодаря унификации достигается, как правило, сокращение расхода мате-
762
риалов и увеличение выпуска продукции, что необходимо, например, в массовом
производстве и строительстве.
Управление технологической подготовкой производства, управление ТПП —
совокупность действий по обеспечению функционирования технологической
подготовки производства.
Упрочнение — повышение характеристик прочности (пределов упругости,
текучести, прочности) материала, осуществляемое путем наклепа, закалки, старения,
химико-термической обработки и др. Для упрочнения металлов применяют
термические, химико-термические, термомеханические и механические методы. К
химическим и химико-термическим методам относятся закалка, азотирование, цементация,
цианирование и др. Для упрочнения стали и некоторых других сплавов
используется термомеханическая обработка. Механический метод — поверхностное
упрочнение при дробеструйной обработке или обкатке. Для упрочнения деталей применяют
наплавку. Упрочнение пластмасс достигается введением в них наполнителей или
ориентированием материала вдоль какой-либо оси.
Уровень качества продукции — относительная характеристика качества
продукции, основанная на сравнении значений показателей качества оцениваемой
продукции с базовыми значениями соответствующих показателей. При сравнении
фактических значений с базовыми значениями показателей качества продукции удобно
пользоваться относительными значениями; при этом уровень качества продукции
будет определяться совокупностью относительных значений.
Уровень САПР — один или несколько программно-технических комплексов,
объединяемых в САПР по признаку общности типов используемых ЭВМ и их
общесистемного программного обеспечения. Различают уровни САПР, т. е. комплексы:
центральный вычислительный, интерактивно-графический (представляется
совокупностью автоматизированных рабочих мест и технологии).
Уровень технологичности конструкций изделий, уровень технологичности —
показатель технологичности, выражаемый отношением значения показателя
технологичности данного изделия к значению соответствующего базового показателя
технологичности.
Усилие регулирования — максимальное усилие, необходимое для регулирования с
учетом всех условий, включая трение, давление, скорость, направление и время
регулирования.
Усталостное изнашивание — механическое изнашивание в результате
усталостного разрушения в результате усталостного разрушения при повторном
деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Усталостное изнашивание
может происходить как при трении качения, так и при трении скольжения.
Механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном
деформировании микрообъемов материала поверхности трения.
Устинов — часть технологической операции, выполняемая при неизменном
закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы.
Установка — базирование и закрепление заготовки или изделия.
Установочная база — база, используемая для наложения на заготовку или изделие
связей, лишающих их трех степеней свободы — перемещения вдоль одной
координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.
Устройство техническое — изделие машинно- или приборостроения для
переработки, добычи, перемещения, контроля объектов или управления ими. К
устройствам техническим относятся машины, инструменты, приспособления и т. д. Разли-
763
чают следующие виды технических устройств: ручное, механизированно-ручное,
механизированное, автоматизированно-ручное, автоматизированное и
автоматическое; они отличаются друг от друга долей использования ручного труда и других
видов энергии.
Устройство управления промышленного робота — устройство промышленного
робота для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному
устройству в соответствии с управляющей программой.
Устройство управления промышленного автооператора — устройство
промышленного автооператора для формирования и выдачи управляющих воздействий
исполнительному устройству в соответствии с управляющей программой.
Фактор (от лат. factor — делающий, производящий) — причина, движущая сила
какого-либо процесса (явления), определяющая его характер или отдельные его черты.
Фартук станка — узел металлорежущего станка, на котором сверху расположен
суппорт, а внутри — передачи от ходового вала к реечному зубчатому колесу и
винту поперечных салазок, а также механизмы включения и выключения подач,
реверсирования, блокировки и т. д.
Фаска лезвия — сравнительно узкий участок передней поверхности лезвия вдоль
режущей кромки с меньшими значениями переднего угла по сравнению с основной
частью передней поверхности.
Фасонный лезвийный инструмент, фасонный инструмент — профильный
лезвийный инструмент, режущая кромка которого при обработке образует профиль
обрабатываемой поверхности одновременно всеми точками режущей кромки.
Флюс для дуговой сварки — сварочный флюс, защищающий дугу и сварочную
ванну от вредного воздействия окружающей среды и осуществляющий
металлургическую обработку ванны.
Флюсовая пайка — пайка с применением флюса.
Флюсовая подушка — подкладка в виде приспособления, удерживающего
расплавленный металл ванны при помощи флюса.
Флюсовое лужение — лужение с применением флюса.
Флюсовой аппарат — аппарат для подачи или подачи и уборки сварочного флюса.
Форма колебаний системы, форма колебаний — конфигурация совокупности
характерных точек системы, совершающей периодические колебания, в момент
времени, когда не все отклонения этих точек от их средних положений равны нулю.
Формовка — процесс изготовления литейных песчаных форм. Различают формовку
ручную (явную или в опоках, по моделям или шаблонам) и наиболее
распространенную в литейных цехах, машинную формовку (по моделям и в опоках).
Формовка — формование литейных форм и литейных стержней из формовочных и
стержневых смесей.
Формовка в почке — формовка на формовочном плацу по литейным моделям и
формовочным литейным шаблонам. Верхняя часть литейной формы может
изготовляться в опоках.
Формовка в формовочной яме — формовка в формовочной яме по литейным
моделям и формовочным литейным шаблонам. Верхняя часть литейной формы может
изготовляться в опоках.
Формовка вакуумно-пленочная — формовка из сыпучего огнеупорного материалов
по литейным моделям под пластичной пленкой, применяемой с целью герметизации
и уплотнения литейной формы при отсасывании из нее воздуха.
764
Формовка по выжигаемой модели — формовка по модели, при которой
образование литейной формы осуществляется погружением выжигаемой литейной модели в
жидкую формовочную смесь с обсыпкой огнеупорным материалом и отверждением.
Формовка по выплавляемой модели — формовка по модели, при которой
образование литейной формы осуществляется погружением выплавляемой литейной
модели в жидкую формовочную смесь с обсыпкой огнеупорным материалом и
отверждением.
Формовка по модели — формовка по модели, при которой рабочая полость
литейной формы образуется по многократной или разовой литейной модели.
Формовка по нагреваемой модельной оснастке — формовка, при которой
термореактивная смесь наносится на горячую модельную оснастку и отверждается.
Формовка по ССЬ процессу — формовка, при которой упрочнение литейной формы
осуществляется продувкой углекислым газом.
Формовка по шаблону — формовка, при которой рабочая полость литейной формы
образуется снятием избыточной формовочной смеси по поверхности, определяемой
рабочей частью формовочного литейного шаблона.
Формовка по сухому — формовка, при которой все части литейной формы
подвергаются сушке.
Формовка по сырому — формовка, при которой сушке могут подвергаться только
литейные стержни.
Формовка с подсушкой — формовка, при которой значительная часть литейной
формы подвергается сушке.
Формовка уплотнением смеси — формовка, при которой формовочная и
стержневая смесь уплотняется механическим воздействием. Уплотнение формовочной и
стержневой смеси может осуществляться встряхиванием, прессованием,
пескодувным способом и др.
Формовочная литейная машина — литейная машина для изготовления литейных
полуформ, форм и стержней.
Формовочная машина — машина для изготовления разовых литейных полуформ и
форм из дисперсных формовочных материалов с помощью модельно-опочной
оснастки.
Формовочная смесь — смесь формовочных материалов, соответствующая
требованиям технологического процесса литья и изготовления литейной формы.
Формовочный литейный шаблон — перемещаемое линейно по направляющим
или вращаемое на шпинделе профилирующее приспособление для образования
рабочей полости литейной формы в соответствии с контуром изготавливаемой отливки.
Формовочный материал — природные и искусственные материалы, используемые
для изготовления неметаллических литейных форм, формовочных красок,
разделительных составов и припылов.
Формоизменяющая операция — операция обработки металлов давлением, в
результате которой изменяется форма заготовки путем пластического деформирования.
Формообразование — изготовление заготовки или изделия из жидких, порошковых
или волокновых материалов.
Фреза — лезвийный инструмент для обработки с вращательным главным
движением резания инструмента без возможности изменения радиуса траектории этого
движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с
осью вращения. Невозможность изменения радиуса траектории главного движения
резания позволяет отличить однолезвийную фрезу от вращающегося резца.
765
Фрезерная операция — операция, выполняемая на станках фрезерной группы.
Фрезерная головка — 1) часть фрезерного станка, несущая шпиндель. Фрезерные
головки бывают горизонтальные, вертикальные и наклонные (в том числе
поворотные); 2) высокопроизводительная фреза, состоящая из корпуса с закрепленными в
нем ножами, которые армированы пластинками из твердых сплавов.
Фрезерный станок — станок для обработки резанием (фрезой) плоских и
фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых колес и тому подобных металлических и
других заготовок. Различают фрезерные станки консольные (вертикальные,
горизонтальные и универсальные), бесконсольные, продольно-фрезерные, специальные и др.
Фрезерование — лезвийная обработка с вращательным главным движением
резания при постоянном радиусе его траектории, сообщаемым инструменту, и хотя бы
одним движением подачи, направленным перпендикулярно оси главного движения
резания.
Фреттинг-коррозия — коррозия при колебательном перемещении двух
поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды.
Фрикционная совместимость — свойство антифрикционного материала
обеспечивать приемлемо малые значения силы трения, интенсивности изнашивания и
вероятности заедания при трении по заданному материалу вала с применением
заданного смазочного материала.
Функциональный отказ технологической системы, функциональный отказ —
отказ технологической системы, в результате которого наступает прекращение ее
функционирования, не предусмотренное регламентированными условиями
производства или в конструкторской документации.
Функция технологической подготовки производства, функция ТПП — комплекс
задач по технологической подготовке производства, объединенных общей целью их
решения.
Футеровочная опалубка — формообразующее устройство для производства или
ремонта футеровки из огнеупорной массы в плавильных печах, литейных ковшах и
заливочных устройствах.
Футеровочный шаблон — приспособление для образования или доводки
требуемого профиля в плавильных печах, литейных ковшах и заливочных устройствах.
Характеристика автоматизации технологических процессов, характеристика
автоматизации — описание количественного или качественного признака
автоматизации технологических процессов, используемое при ее оценке.
Характеристика механизации технологических процессов, характеристика
механизации — описание количественного или качественного признака механизации
технологических процессов, используемое при ее оценке.
Химико-термическая обработка металлов — тепловая обработка металлических
изделий в химически активных средах с целью изменения химического состава,
структуры и свойств поверхностных слоев металла. Основные виды химико-
термической обработки металлов: цементация (насыщение поверхностных слоев
углеродом), цианирование (углеродом и азотом), азотирование (азотом), алитирова-
ние (алюминием), хромирование (хромом), силицирование (кремнием) и т. п.
Холодная прокатка — способ обработки металлов давлением, заключающийся в
обжатии горячекатаного металла между валками прокатного стана без
предварительного подогрева. Применяется для производства тонких листов и ленты,
тонкостенных труб и профилей из стали и цветных металлов.
766
Холодная сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации
без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла. Холодной сваркой
называют также дуговую сварку чугунных изделий без предварительного нагрева.
Хонингование — доводка, осуществляемая при одновременно выполняемых
вращательном и возвратно-поступательном движении абразивного инструмента.
Холодная штамповка, холодное штампование — процесс обработки материалов (в
основном листового и сортового металла) давлением в результате пластической
деформации в штампах без нагрева обрабатываемого материала. Холодной
штамповкой получают заготовки и готовые изделия (от деталей часового механизма до
кузовов автомобилей). Различают холодную штамповку листовую и объемную, в
том числе холодную высадку.
Холодно-высадочный автомат — пресс-автомат для штамповки изготовок и
изделий из прутка или проволоки в холодном состоянии за одну (кроме отрезки) или
несколько формоизменяющих операций.
Хонинговальный станок, шлифовально-притирочный станок —
металлообрабатывающий станок для отделочной обработки (в основном внутренних поверхностей
цилиндрических заготовок) мелкозернистыми абразивными брусками, смонтированными
на головке (хони). Хон вращается и одновременно совершает возвратно-поступательное
осевое движение. Обрабатываемая заготовка неподвижна. Хонинговальные станки
бывают общего назначения и специализированные, одно- и многошпиндельные, с
вертикальным, горизонтальным и наклонным расположением шпинделей.
Хонингование (английское honing, от hone — хонинговать, буквально точить) —
отделочная обработка преимущественно внутренних (цилиндрических, конических)
поверхностей деталей мелкозернистым абразивным инструментом, брусками,
смонтированных на хониговальной головке (хоне). Абразивные бруски прижимаются к
обрабатываемой поверхности, а сама хонинговальная головка, закрепленная в
шпинделе хонинговального станка, совершает вращательное и
возвратно-поступательное движения. Для хонингования закаленных зубчатых колес применяют хо-
нинговальную головку в форме косозубого долбяка, находящуюся в зацеплении с
обрабатываемым колесом и совершающую колебательные движения. Хонинговани-
ем обрабатывают детали из стали, чугуна и цветных металлов. Хонингование
исправляет исходные погрешности геометрической формы и повышает размерную
точность, уменьшает шероховатость поверхности, сохраняет микротвердость и
структуру поверхностного слоя, увеличивает остаточные сжимающие напряжения;
позволяет получать точность обработки 5-6-го квалитета и шероховатость
поверхности Ra = 0,63...1,25 мкм. Наибольшая эффективность достигается алмазным хо-
нингованием, в процессе которого повышается точность геометрической формы
отверстия по 10-12 раз.
Цекование — обработка поверхности детали вокруг отверстия (разновидность зен-
керования), предназначенное для образования плоскостей или углублений под
головку винта, шайбу, упорное кольцо и т. п. Цекование производится на
сверлильных, расточных и других металлорежущих станках цековкой.
Цековка — металлорежущий инструмент в виде головки с режущими зубьями на
торцевой поверхности, разновидность зенкера. Цековка имеет нижнюю гладкую
направляющую часть, вставляемую в отверстие, вокруг которого производится
обработка, что обеспечивает взаимную перпендикулярность получаемой поверхности
и оси отверстия.
767
Цековка — осевой многолезвийный инструмент для обработки цилиндрического и
(или) торцевого участка отверстия заготовки.
Целиковая литейная форма — неметаллическая неразъемная литейная форма,
изготовляемая по выплавляемым, выжигаемым, газифицируемым, растворяемым
моделям.
Цельный режущий инструмент, цельный инструмент — режущий — инструмент,
изготовленный из одной заготовки.
Центр в машиностроении — стальной конус, применяемый для установки изделия
при обработке на станке, а также в контрольно-измерительных приборах.
Обрабатываемая или контролируемая деталь с коническими углублениями на торцах
устанавливается между двумя центрами.
Централизация производства — объединение производства изделий близкого
функционального назначения на одном предприятии.
Центробежная заливка — машинная заливка литейной формы, осуществляемая
под действием центробежных сил вращающейся машинной литейной формы.
Центробежная изложница — металлическая литейная форма, в которой заливка
расплавленного металла и формирование отливки осуществляются под действием
центробежных сил.
Центробежная литейная машина — литейная машина для формирования
отливки, осуществляющая вращения литейной формы с целью воздействия на металл
центробежных сил в процесс его кристаллизации.
центробежное литье — литье металла, осуществляемое при заливке в
центробежную изложницу.
Центробежные смешивающие литейные бегуны — смешивающие литейные
бегуны с катками, вращающимися в горизонтальной плоскости и прижимаемыми к
боковой поверхности чаши центробежными силами.
Центрование — сверление центрового отверстия.
Центрошлифовальная операция — операция, выполняемая на станках для
шлифования центровых отверстий.
Цех (от нем. zeche) — основное производственное подразделение промышленного
предприятия. Цеха выполняют определенные функции по изготовлению изделий по
техническому или хозяйственному обслуживанию основного производства или
предприятия в целом. Различают цеха: основные, вспомогательные,
обслуживающие, подсобные и побочные.
Цех — совокупность производственных участков.
Цикл технологической операции, цикл операции — интервал календарного
времени от начала до конца периодически повторяющейся технологической операции
независимо от числа одновременно изготовляемых или рекомендуемых изделий.
Цилиндрический направляющий узел штампа — направляющий узел штампа,
имеющий цилиндрическую направляющую поверхность.
Частичная автоматизация технологических процессов, частичная
автоматизация — автоматизация технологических процессов или их систем, при которой часть
затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы, включая
управление.
Частичная механизация технологических процессов, частичная механизация —
механизация технологических процессов или их систем, при которой часть затрат энергии
людей заменена затратами энергии неживой природы, исключая (включая) управление.
768
Частный показатель технологичности конструкции изделия, частный
показатель технологичности — показатель технологичности, характеризующий одно из
входящих в нее свойств.
Частота вращения — число оборотов ведущего вала в единицу времени.
Чеканка — образование на поверхности заготовки рельефных изображений за счет
перераспределения металла.
Черновая обработка — обработка, в результате которой снимается основная часть
припуска.
Черные металлы — промышленное название железа и его сплавов; наиболее
распространены железные сплавы, содержащие углерод, сталь и чугун, а также
ферросплавы.
Число степеней свободы механизма — число независимых вариаций обобщенных
координат механизма. Для механизмов, в которых все связи голономные, число
степеней свободы равно числу обобщенных координат.
Чистовая обработка — обработка, в результате которой достигаются заданная
точность размеров и шероховатости обрабатываемых поверхностей.
Чугун (тюр.) — сплав железа (основы) с углеродом (обычно 2...4 %), некоторым
количеством кремния (до 4,5 %), марганца (до 1,5 %), серы (не более 0,08 %),
фосфора (до 1,8 %), а иногда и легирующих элементов (хрома, никеля, ванадия,
алюминия и др.); как правило, хрупок. Получают из железорудных материалов в
доменных печах. Основная масса чугуна (свыше 85 %) перерабатывается в сталь
(передельный чугун), остальная — применяется для изготовления фасонного литья
(литейный чугун). По микроструктуре различают серый чугун (углерод в виде
пластинчатого или шаровидного графита), белый чугун (углерод в виде цементита или
карбида железа) и ковкий чугун, получаемый отжигом белого чугуна
(хлопьевидный графит).
Чушка — небольшой слиток металла — чугуна, цветных металлов, ферросплавов — в
виде бруска, отливаемого в горизонтальном положении в открытую сверху форму
(мульду).
Шаг неровностей профиля — отрезок средней линии профиля, содержащий
неровность профиля и сопряженную с ним впадину профиля. Длина отрезка средней
линии, содержащая выступ профиля и сопряженную с ним впадину профиля.
Шагающий конвейер — конвейер для пульсирующего (периодического)
перемещения штучных грузов (изделий) по отдельным операциям технологического
процесса. Перемещение грузов происходит при поперечно-возвратных и вертикальных
движениях подвижной рамы. Шагающие конвейеры применяются в поточных
линиях при сборке станков, электродвигателей, заливке литейных форм и т. п. Длина
шагающего конвейера 25...60 м, время одного цикла перемещения груза 2...6 мин,
масса груза на рабочем месте до 7 т.
Шарошка — 1) шарошка в металлообработке — инструмент для правки
шлифовальных кругов в виде групп металлических звездочек, расположенных на одной
оси; 2) шарошка в буровой технике — рабочая часть шарошечного долота в виде
стального цилиндра или конуса, на поверхности которого нарезаны зубья,
оснащенные пластинами твердого сплава.
Шатун — звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с
подвижными звеньями.
Шатунная кривая — траектория, описываемая какой-либо точкой шатуна.
25 Технология машиностроения
769
Шевер — многолезвийный инструмент в виде зубчатых колеса или рейки с
лезвиями на боковых поверхностях его зубьев, при которой для осуществления резания
используется относительное скольжение между зубьями инструмента и заготовки в
процессе их зацепления.
Шевингование — обработка шевером.
Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с
относительно малыми шагами, выделенная, например, с помощью базовой длины.
Совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, обычно
включающая неровности, получаемые в результате применяемого метода изготовления и
(или) другими воздействиями. Эти неровности рассматриваются в пределах условно
определенных ограничений, например, на базовой длине.
Шестерня — зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев. При одинаковом
числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо.
Шлифовальная операция — операция, выполняемая на станках шлифовальной
группы.
Шлифовальный станок — станок для обработки металлических и других изделий
шлифованием. В металлообработке шлифовальные станки применяют для придания
точных размеров и правильной геометрической формы обрабатываемым деталям,
получения поверхности высокого качества, заточки режущих инструментов и
отрезки заготовок, а также для обдирки заготовок после литья и обработки давлением.
Различают шлифовальные станки: обдирно-шлифовальные, круглошлифовальные,
внутришлифовальные, планетарные, бесцентро-шлифовальные,
плоскошлифовальные, заточные, обрезные и специализированные — резьбошлифовальные, зубошли-
фовальные, профилешлифовальные для шлифования коленчатых валов,
распределительных валов, поршневых колец и др.
Шлифование — абразивная обработка, при которой инструмент совершает только
вращательное движение (движение резания), а заготовка — любое движение.
После шлифования повышается геометрическая и размерная точность
поверхности изделий. Шлифование проводят свободным (суспензия или паста) и
связанным (абразивные круги) абразивами. Свободным абразивом обычно шлифуют
изогнутые поверхности, например, экраны кинескопов, ножки и баллоны некоторых
электровакуумных приборов; связанным — плоские и сферические поверхности,
например, керамические и сапфировые подложки, ПП пластины и кристаллы. При
шлифовании зерна абразива оставляют на обрабатываемой поверхности выколки —
кратеры, царапины (риски), глубина которых зависит от размеров абразивного
зерна. Обычно шлифование выполняется в 2 приема: черновое и чистовое. Для
чернового шлифования применяют, например, алмазный порошок, белый электрокорунд,
зеленый карбид кремния, кварцевый песок и другие материалы с размером зерен
100... 150 мкм; для чистового шлифования — оксид алюминия, алмазный порошок,
карбид кремния и другое с зернистостью от нескольких единиц до нескольких
десятков мкм. Связанным абразивом шлифование выполняют в 1,5-2 раза быстрее,
чем свободным, при лучшем качестве обработки и меньшем расходовании материалов.
Шлифование в патроне — шлифование, при котором технологической базой
является наружная или внутренняя поверхность заготовки, а базирование и (или)
закрепление заготовки производится посредством патрона.
Шлифование в центрах — шлифование, при котором в качестве технологической
используются центровые отверстия или наружные центровые поверхности
заготовки или центровой оправки.
770
Шлифование периферией круга — шлифование, при котором в качестве режущей
части используется наружная поверхность шлифовального круга, образующая
которой параллельна оси его вращения.
Шлифование торцом круга, торцешлифование — шлифование, при котором в
качестве режущей части используется торцовая поверхность шлифовального
круга.
Шлифовочный прижог, прижог — структурно измененный слой или участок на
обрабатываемой поверхности, является следствием теплового действия при
шлифовании. Под дефектом поверхности понимается повреждение или отклонение от
нормы поверхности заготовки или изделия, не допускаемое документом на
заготовку или изделие.
Шлицевание — образование шлицев на валах и в отверстиях. Шлицевание на валах
выполняют фасонной дисковой фрезой, методом обкатки червячной шлицевой
фрезой, строганием фасонными резцами, протягиванием шлицевыми протяжками.
Шлицевание отверстий производят обычно протягиванием одной протяжкой всех
шлицев одновременно.
Шлицевое соединение, зубчатое соединение, пазовое соединение — соединение
деталей, имеющих пазы и выступы (выступы одной детали входят в пазы другой).
Детали в шлицевых соединениях могут быть подвижными или неподвижными одна
относительно другой. Применяют прямобочные (наиболее распространенные),
эвольвентные, мелкозубые треугольные шлицы. Для обеспечения концентричности
деталей шлицевого соединения их центрируют по внешнему и внутреннему
диаметру, по боковым поверхностям зубьев.
Шлицефрезерная операция — операция, выполняемая на шлицефрезерном станке
или шлицестрогательном станке.
Шовная контактная сварка, шовная сварка — контактная сварка, при которой
соединение свариваемых частей происходит между вращающимися дисковыми
электродами, передающими усилия сжатия.
Шовно-стыковая сварка — контактная сварка с получением стыкового шва
вращающимися дисковыми электродами, относительно которых перемещаются детали,
собранные с небольшой нахлесткой или встык.
Штамп (нем. Stampe, от итал. stampa — печать) — инструмент для изготовления
изделий штамповкой. Штамп воспроизводит форму поверхности изделий. Для
листовой и объемной штамповки, в зависимости от температуры нагрева заготовок,
различают штампы для холодной и горячей штамповки. Штампы для листовой
штамповки могут быть вырубными, пробивными, гибочными и др. Конструкция
этих штампов зависит от типа оборудования, на котором производится штамповка.
Штампы молотовые и для кривошипных горячештамповочных прессов состоят из
верхней и нижней частей, на соприкасающихся поверхностях которых имеются
ручьи для последовательного формования изделий.
Штамп последовательного действия — штамп для выполнения нескольких
технологических операций или технологических переходов на нескольких позициях за
соответствующее число ходов подвижной части штампа.
Штамп простого действия — штамп для выполнения одной или нескольких
одноименных технологических операций на одной позиции за один ход подвижной
части штампа.
Штамп со сменными рабочими элементами — штамп, в котором предусмотрена
возможность замены пуансона и матрицы.
771
Штамп совмещенного действия — штамп для выполнения разноименных
технологических операций или технологических переходов на одной позиции за один ход
подвижной части штампа.
Штампованная заготовка — изделие или заготовка, полученные
технологическим методом штамповки.
Штамповая сталь — углеродистая и легированная (главным образом хромом)
инструментальная сталь для штампов горячей и холодной штамповки, а также для
пресс-форм.
Штамповка — процесс обработки материалов давлением в результате
пластической деформации заготовки в штампах. При штамповке происходит
формообразование без снятия стружки, обеспечивается высокая точность изделий при высокой
производительности труда. Различают штамповку: объемную и листовую, горячую
и холодную; она выполняется на молотах и прессах. В крупносерийном и массовом
производстве штамповка дает значительную экономию материала и обеспечивает
низкую себестоимость изделия.
Штамповка вальцовкой — листовая или объемная штамповка изделий или
заготовок при относительном вращении частей штампа и исходной заготовки в процессе
деформирования.
Штамповочный молот — молот для получения заготовок методом горячей
штамповки — формоизменением металла с помощью закрепленных штампов.
Штамповочный пресс — вертикальный или горизонтальный пресс с
гидравлическим или механическим приводом для изготовления штампованных заготовок из
сортового или листового проката, порошковых и неметаллических материалов
методами обработки давлением в разделительных или формообразующих штампах
или пресс-формах.
Штамповочный пресс двойного действия, пресс двойного действия —
штамповочный пресс с двумя ползунами (наружным и внутренним) или подвижными
траверсами (наружной и внутренней).
Штанговый конвейер — конвейер с тяговым элементом в виде жесткой штанги с
цепью (канатом), совершающими возвратно-поступательное движение. Различают
штанговые конвейеры, перемещающие с одной позиции на другую штучные грузы
на собственном колесном ходу либо на опорных тележках, движущихся по полу или
направляющим путям. Штанговые конвейеры применяют для перемещения
тяжелых и громоздких грузов (например, при сборке, ремонте железнодорожных
вагонов, самолетов), а также насыпных грузов.
Штучное время — интервал времени, равный отношению цикла технологической
операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или
равный календарному времени сборочной операции.
Электроимпульсная обработка — разновидность электроэрозионной обработки,
осуществляемая импульсами дугового разряда, основанная на использовании
униполярных (одного направления) импульсов электрической дуги. При этом
формирующий инструмент является анодом, а обрабатываемая заготовка — катодом.
Эквидистантное сечение — сечение реальной поверхности поверхностью,
имеющей форму номинальной поверхности и расположенной эквидистантно базовой
поверхности.
Эквидистантное шлифование — шлифование с траекторией движения подачи,
эквидистантной обрабатываемой поверхности. Частным случаем эквидистантного
772
шлифования является планетарное шлифование, при котором движение подачи
осуществляется планетарным механизмом.
Экзотермическая пайка — пайка, при которой нагрев паяемых материалов и
припоя осуществляется за счет теплоты, выделяемой при экзотермической реакции
термитных смесей.
Эксплуатационная технологичность конструкции изделия, эксплуатационная
технологичность — технологичность конструкции изделия при подготовке его к
использованию по назначению, техническом обслуживании, текущем ремонте и
утилизации.
Эксплуатационные условия — условия, рекомендуемые нормативами,
устанавливающими рабочие характеристики и долговечность.
Электроискровая обработка — разновидность электроэрозионной обработки,
осуществляемая очень короткими искровыми разрядами. Электроискровую обработку
применяют при обработке отверстий и пазов, изготовлении штампов, пресс-форм, при
гравировальных работах, упрочнении поверхности режущей части металлорежущих
инструментов и т. д.
Электроискровой станок — предназначен для обработки изделий из токопрово-
дящих материалов посредством воздействия на них электрическим искровым
разрядом. Искровой разряд, возникающий между электродами (одним из которых
является обрабатываемое изделие, а другим — рабочий инструмент), обеспечивается
подачей на электроды коротких (менее 0,1 мс при скважности выше 10)
электрических импульсов мощностью от десятков Вт до нескольких кВт, вырабатываемых
импульсным генератором; режим обработки и параметры искрового разряда
задаются устройством числового программного управления. Электроискровая
обработка заготовок проводится, как правило, в жидком диэлектрике (например, в
керосине), за исключением процессов легирования и упрочнения поверхности деталей,
которые осуществляются в атмосфере воздуха или инертных газов; иногда,
например, при подаче на электроды биполярных электрических импульсов,
электроискровая обработка может выполняться в обычной воде или в какой-либо другой
жидкости, обладающей электропроводностью.
Различают электроискровые станки вырезные и копировально-прошивочные. В
вырезных электроискровых станках формообразование фасонных контуров
(профилей) деталей или отверстий в них обеспечивается с помощью проволочных
электродов; в копировально-прошивочных электроискровых станках — с помощью
электрода-инструмента, имеющего форму нужного профиля, который в процессе
обработки изделия совершает равномерное поступательное, возвратно-поступательное
или (и) вращательное движение. Наибольшая скорость съема материала составляет,
например, для изделий из стали — до 10 мм3/с, для твердых сплавов — до 1,5 мм3/с.
На электроискровых станках изготовляют прецезионные детали электронных
приборов (например, анодные блоки магнитронов, замедляющие системы ламп
обратной волны, сетки клистронов, катоды СВЧ — приборов, резонаторы, детали
разрядников); детали узлов и механизмов специального технологического оборудования и
инструментов (элементы вырубных и гибочных штампов, фильеры, сложнопро-
фильные призматические резцы, электроды-инструменты для электроискровой
обработки и т. д.).
Электроконтактная обработка — разновидность электромеханической
обработки, при которой инструмент снимает с заготовки материал, размягченный
(расплавленный) при нагреве электрическим током, проходящим в месте контакта инстру-
773
мента (например, резца) с деталью. Источник теплоты в зоне обработки —
импульсные дуговые разряды и контактный нагрев. Электроконтактную обработку
применяют для очистки чугунных и стальных отливок, обдирки слитков, разрезки
проката, грубой обработки поверхности, а также для наплавки деталей с целью их
поверхностного упрочнения.
Электромеханическая обработка — способ обработки, осуществляемый
одновременными механическими и электрическими воздействиями на материал
заготовки (например, электроконтактная обработка) либо механическим воздействием,
возникающим при преобразовании электрической энергии некоторыми
физическими методами (ультразвуковая обработка и др.).
Электротермическая обработка — термическая обработка материалов, при
которой нагрев (индукционный, контактный и др.) осуществляется электрическим
током. Электротермическая обработка позволяет нагревать только поверхность
изделий (например, при поверхностной закалке токами высокой частоты) или отдельные
их участки. Электротермическая обработка отличается высокой скоростью нагрева,
высокой производительностью и легкостью регулирования, улучшенными
условиями труда.
Элетрофизическая обработка — обработка, заключающаяся в изменении формы,
размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки с применением
электрических разрядов, магнитострикционного эффекта, электронного или оптического
излучения, плазменной струи.
Электрохимическая абразивная обработка — абразивная обработка с
использованием электрохимического растворения металла.
Электрохимическая доводка — доводка с использованием электрохимического
растворения металла.
Электрохимическая обработка — обработка, заключающаяся в изменении
формы, размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки вследствие растворения
ее материала в электролите под действием электрического тока.
Электрохимическое абразивное полирование, электрохимическое полирование —
абразивное полирование с использованием электрохимического растворения металла.
Электрохимическое шлифование — шлифование с использованием
электрохимического растворения металла.
Электрошлаковая сварка, шлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для
нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока
через расплавленный шлак.
Электроэрозионная абразивная обработка — абразивная обработка с
использованием электроэрозионного разрушения металла.
Электроэрозионная доводка — доводка с использованием электроэрозионного
разрушения металла.
Электроэррозионное шлифование — шлифование с использованием
электроэрозионного разрушения металла.
Электроэрозионный станок — устройство для электроэрозионной обработки то-
копроводящих материалов. Различают электроэрозионные станки: копировально-
прошивочные, применяемые для изготовления изделий сложных конфигураций
(ковочных штампов, пресс-форм и т. п.), прошивания отверстий, выполнения
гравировальных и других работ, заточные для заточки твердосплавного элемента, отрезные
для отрезки твердых и хрупких материалов; специальные, совмещающие отдельные
элементы основной группы станков.
774
Элемент — 1) обобщающий термин, под которым в зависимости от
соответствующих условий может пониматься поверхность, линия или точка; 2) от лат. elementum —
стихия, первоначальное вещество; понятие объекта, входящего в состав
определенной системы и рассматриваемого в ее пределах как неделимый.
Элементная погрешность — погрешность какого-либо одного геометрического
элемента (параметра) зубчатого (червячного) колеса или рейки, например: профиля
зуба, шага, толщины или направления зуба и др.
Энергетический уровень автоматизации живого труда, энергетический уровень
автоматизации труда — отношение полезных затрат энергии неживой природы в
течение неперекрытого машинного времени к сумме полезных затрат энергии
неживой природы и людей в течение штучного времени.
Энергетический уровень автоматизации средств технологического оснащения,
энергетический уровень автоматизации СТО — отношение полезных затрат энергии
неживой природы в течение полного машинного времени к сумме полезных затрат
энергии неживой природы и людей в течение штучного времени.
Энергетический уровень механизации живого труда, энергетический уровень
механизации труда — отношение полезных затрат энергии неживой природы в
течение неперекрытого машинного времени к сумме полезных затрат энергии
неживой природы и людей в течение штучного времени.
■ П.2. Термины и определения цилиндрических и конических
зубчатых колес и передач, методов их контроля и изготовления,
утвержденные государственными стандартами РФ
Аксоидная поверхность зубчатого колеса передачи — каждая из поверхностей,
описываемых мгновенной осью относительно движения зубчатых колес передачи,
относящаяся к данному зубчатому колесу. Примечание. 1. Мгновенная ось в
зубчатой передаче с параллельными или пересекающимися осями воображаемая линия,
вокруг которой происходит мгновенное вращение зубчатого колеса относительно его
сопряженного зубчатого колеса, в зубчатой передаче со скрещивающимися осями —
воображаемая линия, вокруг которой происходит мгновенное винтовое движение
зубчатого колеса относительно его сопряженного зубчатого колеса. 2. Зубчатые колеса
передачи с параллельными осями имеют цилиндрические аксоидные поверхности,
передачи с пересекающимися осями — конические аксоидные поверхности, передачи со
скрещивающимися осями — гиперболоидные аксоидные поверхности.
Активная действующая линия поверхности зуба — линия на боковой
поверхности зуба, по которой происходит взаимодействие этой поверхности с боковой
поверхностью парного зубчатого колеса при точечном контакте. Примечание. Если
взаимодействующие поверхности зубьев главные, то активная действующая линия
является частью действующей линии теоретической поверхности зуба.
Активная линия зацепления зубчатой передачи — часть линии зацепления
зубчатой передачи, соответствующая активной действующей линии зуба или при
линейном контакте активным профилям взаимодействующих зубьев в главном сечении
зубчатой передачи.
Активная поверхность зуба — часть боковой поверхности зуба, по которой
происходит взаимодействие с боковой поверхностью зуба парного зубчатого колеса.
Активный профиль зуба — часть боковой поверхности профиля зуба,
соответствующая активной поверхности зуба.
Базовая плоскость конического зубчатого колеса — плоскость, перпендикулярная
оси конического зубчатого колеса, используемая в качестве базовой при его
обработке, монтаже и контроле.
Базовое расстояние конического зубчатого колеса — расстояние от вершины
конического зубчатого колеса до его базовой плоскости.
Базовый торец — торец подшипника качения, по отношению к которому задают
допуск расположения или определяют отклонение расположения.
Биение зубчатого венца — наибольшая в пределах зубчатого колеса разность
расстояния от его рабочей оси до элемента нормального исходного контура
(одиночного зуба или впадины), наложенного на профили зубьев зубчатого колеса.
Примечание. Определяется в направлении, перпендикулярном образующей делительного
конуса зубчатого колеса примерно на среднем конусном расстоянии.
Биение конуса вершин зубьев — наибольшее в пределах заготовки колебание
измерительного элемента, касающегося конуса вершин зубьев, относительно рабочей
оси вращения зубчатого колеса. Примечание. Определяется в направлении,
перпендикулярном образующей конуса вершин зубьев заготовки примерно на середине
зубчатого венца.
776
Биения — колебания, размах которых — периодически колеблющаяся величина и
которые являются результатом сложения двух гармонических колебаний с
близкими частотами.
Биэквивалентное цилиндрическое зубчатое колесо — эвольвентное прямозубое
цилиндрическое зубчатое колесо, размеры и форма зубьев которого в главном
сечении практически идентичны размерам и форме зубьев конического зубчатого
колеса с тангенциальными и криволинейными зубьями в сечении нормальном к средней
линии зуба. Примечание. 1. Различают внешнее, среднее, внутреннее и другие биэк-
вивалентные цилиндрические зубчатые колеса, соответствующие внешнему,
среднему, внутреннему и другим нормальным сечениям зуба конического зубчатого
колеса. 2. При отсутствии указаний биэквивалентное цилиндрическое зубчатое
колесо соответствует расчетному сечению, в термине биэквивалентного
цилиндрического зубчатого колеса, соответствующего расчетному сечению слова «внешнее»,
«среднее» и «внутреннее» опускаются.
Боковая поверхность зуба — поверхность, ограничивающая зуб со стороны впадины.
Бочкообразная модификация зуба — продольная модификация зуба, в результате
которой номинальная линия зуба начинает в средней части отклоняться от
теоретической линии зуба в его тело с монотонным возрастанием отклонения по мере
удаления от середины зуба к его торцам.
Ведомое зубчатое колесо — зубчатое колесо передачи, которому сообщает
движение парное зубчатое колесо.
Ведущее зубчатое колесо — зубчатое колесо передачи, которое сообщает
движение парному зубчатому колесу.
Вершина зуба — часть поверхности вершин зубчатого колеса, заключенная между
основаниями соседних зубьев.
Вид сопряжения зубчатых колес — характеризуется величиной гарантированного
бокового зазора между нерабочими поверхностями зубьев сопряженных зубчатых
колес в передаче.
Винтовая зубчатая передача — гиперболоидная зубчатая передача первого рода,
в которой начальные и делительные поверхности зубчатых колес —
цилиндрические, а сопряженные поверхности зубьев образованы в станочном зацеплении
общей для них производящей поверхностью.
Винтовой зуб — зуб, теоретическая линия которого образована сложным
движением точки по соосной поверхности: равномерным движением по линии пересечения
этой поверхности с плоскостью осевого сечения зубчатого колеса и равномерным
вращением вокруг его оси.
Внешний торец венца конического зубчатого колеса — торец зубчатого венца
конического зубчатого колеса, наиболее удаленный от его вершины.
Внутренний торец венца конического зубчатого колеса — торец зубчатого венца
конического зубчатого колеса, наименее удаленный от его вершины.
Волнистость боковой поверхностии зубьев — периодически чередующиеся
возвышенности и впадины на боковых поверхностях зубьев.
Вспомогательная база — конструкторская база данной детали или сборочной
единицы, используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.
Выпуклая сторона зуба — боковая поверхность зуба конического зубчатого колеса
с криволинейными зубьями, у которой касательные к любой линии зуба проходят
вне его.
777
Высота головки зуба исходного контура — расстояние между линией вершин
зубьев и делительной линией исходного контура.
Высота делительной головки зуба конического зубчатого колеса — расстояние
между окружностью вершин зубьев и делительной окружностью конического
зубчатого колеса, измеренное по образующей делительного дополнительного конуса.
Примечание. Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие высоты
делительной головки зуба конического зубчатого колеса, измеренные по образующим
соответственно внешнего, среднего, внутреннего и других делительных
дополнительных конусов.
Высота делительной головки зуба спироидного колеса — расстояние между
поверхностью вершин зубьев и делительной поверхностью спироидного колеса,
измеренное по нормали к образующей его делительной поверхности и осевом сечении
колеса.
Высота делительной ножки зуба конического зубчатого колеса — расстояние
между делительной окружностью и окружностью впадин конического зубчатого
колеса, измеренное по образующей делительного дополнительного конуса.
Примечание. Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие высоты делительной
ножки зуба конического зубчатого колеса, измеренные по образующим
соответственно, внешнего, среднего, внутреннего и других делительных дополнительных
конусов.
Высота до постоянной хорды зуба конического зубчатого колеса — кратчайшее
расстояние от вершины зуба до средней точки постоянной хорды конического
зубчатого колеса. Примечание. При образовании терминов видовых понятий «высоты
до постоянной хорды зуба» в термин родового понятия после слова «до»
добавляется слово, определяющее местоположение постоянной хорды, например, «высота до
внешней постоянной хорды».
Высота до хорды зуба конического зубчатого колеса — кратчайшее расстояние от
вершины зуба конического зубчатого колеса до средней точки толщины по хорде
конического зубчатого колеса. Примечание. При образовании терминов видовых
понятий «высоты до хорды зуба» термин родового понятия дополняется указаниями
о местоположении измеряемой хорды: например, «высота до внешней делительной
хорды», «высота до делительной хорды в измерительном сечении» или «высота до
хорды зуба в измерительном сечении по дуге окружности диаметром D».
Высота зуба конического зубчатого колеса — расстояние между окружностями
вершин зубьев и впадин конического зубчатого колеса, измеренное по образующей
делительного (начального) дополнительного конуса. Примечание. Различают
внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие высоты зуба, измеренные по образующим
соответственно внешнего, среднего, внутреннего и других делительных
(начальных) дополнительных конусов.
Высота начальной головки зуба конического зубчатого колеса — расстояние
между окружностью вершин зубьев и начальной окружностью конического
зубчатого колеса, измеренное по образующей начального дополнительного конуса.
Примечание. Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие высоты
начальной головки зуба конического зубчатого колеса, измеренные по образующим
соответственно внешнего, среднего, внутреннего и других начальных
дополнительных конусов.
Высота ножки зуба исходного контура — расстояние между делительной линией
и линией дна впадин исходного контура.
778
Гиперболоидная зубчатая передача — зубчатая передача со скрещивающимися
осями, аксиоды зубчатых колес которой — однополостные гиперболоиды
вращения. Примечание. Различают гиперболоидную зубчатую передачу первого рода, в
которой сопряженные поверхности зубьев образованы в станочном зацеплении
общей для них производящей поверхностью, и гиперболоидную зубчатую передачу
второго рода, зубчатые колеса которой имеют сопряженные поверхности зубьев с
линейным контактом, если производящая поверхность для одного из них совпадает
с главной поверхностью зубьев парного зубчатого колеса.
Гипоидная зубчатая передача — гиперболоидная зубчатая передача, у зубчатых
колес которой начальные и делительные поверхности — конические.
Главная поверхность зуба — наибольшая часть боковой поверхности зуба, которая
является частью теоретической поверхности.
Главное сечения зубчатых колес передачи — сечение зубчатых колес передачи, в
котором теоретические профили взаимодействующих зубьев взаимоогибаемые.
Примечание. Для цилиндрических передач — сечение плоскостью,
перпендикулярной осям зубчатых колес, для конических передач — сечение сферой с центром в
точке пересечения осей зубчатых колес.
Глубина захода зубьев зубчатого колеса конической передачи — расстояние
между окружностью вершин зубьев шестерни и колеса, измеренное по прямой,
совпадающей с образующими их делительных дополнительных конусов. Примечание.
Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие глубины захода зубьев
зубчатого колеса конической передачи, измеренные по прямым, совпадающим с
образующими соответственно внешнего, среднего, внутреннего и других делительных
дополнительных конусов.
Глубина захода зубьев пары исходных контуров — расстояние между линиями
вершин зубьев пары исходных контуров при их относительном положении,
определяемом совпадением делительных линий при введении зубьев одного контура во
впадины другого.
Глубина продольной модификации линии зуба — наибольшее расстояние до
линии продольной модификации зуба от его теоретической линии по однотипной со-
осной поверхности. Примечание. При отсутствии указаний имеются в виду
делительные номинальная и теоретическая линии зуба.
Граничная высота зуба исходного контура — расстояние между линией вершин
зубьев исходного контура и параллельной ей линией, проходящей через граничные
точки профилей зубьев этого контура.
граничная высота зуба конического зубчатого колеса — расстояние между
окружностью вершин зубьев конического зубчатого колеса и концентрической
окружностью, проходящей через граничные точки профилей зубьев, измеренное по
образующей делительного дополнительного конуса. Примечание. Различают
внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие граничные высоты зуба конического
зубчатого колеса, измеренные по образующим соответственно внешнего, среднего,
внутреннего и других делительных дополнительных конусов.
Граничная точка профиля зуба — общая точка главного или номинального
профиля зуба и его переходной кривой.
Двухпрофильное зацепление — зацепление двух зубчатых колес по обеим (правым
и левым) боковым поверхностям.
Двухпрофильный комплексный метод контроля зубчатых колес — метод
контроля изменений измерительного межосевого расстояния цилиндрических зубчатых
779
колес или измерительного межосевого угла конических зубчатых колес при двух-
профильном зацеплении между контролируемым зубчатым колесом и
измерительным колесом.
Действующая линия теоретической поверхности зуба — линия на
теоретической поверхности зуба зубчатого колеса, по которой при точечном контакте
происходит взаимодействие с теоретической поверхностью зуба парного зубчатого колеса.
Делительная головка зуба — часть зуба, заключенная между делительной
поверхностью зубчатого колеса и его поверхностью вершин.
Делительная ножка зуба — часть зуба, заключенная между делительной
поверхностью зубчатого колеса и его поверхностью впадин.
Делительная окружность плоского колеса — окружность пересечения
делительной плоскости плоского колеса дополнительным цилиндром. Примечание. 1.
Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие делительные окружности
плоского колеса, соответствующие внешнему, среднему, внутреннему и другим
дополнительным цилиндрам. 2. Радиусы делительных окружностей плоского колеса
равны конусным расстояниям парного с ним конического колеса.
Делительная плоскость плоского колеса — делительная поверхность плоского
колеса, являющаяся поверхностью соосного круга.
Делительная поверхность зубчатого колеса — соосная поверхность зубчатого
колеса, которая является базой для определения элементов зубьев и их размеров.
Делительный конус конического зубчатого колеса — делительная поверхность
конического зубчатого колеса.
Делительный конус производящего колеса — соосный конус производящего
колеса, являющийся его начальным конусом в станочном зацеплении при обработке
конического зубчатого колеса, у которого высота ножек зубьев равна высоте ножек
зубьев парного зубчатого колеса.
Диагональное пятно контакта — пятно контакта нагруженных конических
зубчатых колес, соответствующее углу наклона активной действующей линии
поверхности зуба в пределах значений существенно больших нуля и меньших 90°, а также
существенно больших 90° и меньших 180°. Примечание. Различают пятна контакта
с прямой диагональностью, у которых угол наклона активной действующей линии
поверхности зуба на его выпуклой стороне существенно больше нуля и меньше 90°,
а на вогнутой стороне существенно больше 90° и меньше 180°, и с обратной
диагональностью, у которых угол наклона активной действующей линии поверхности
зуба на его выпуклой стороне существенно больше 90° и меньше 180°, а на
вогнутой стороне существенно больше нуля и меньше 90°.
Диаметр конического зубчатого колеса — диаметр концентрической окружности
конического зубчатого колеса. Примечание. Различают диаметры: внешний
делительный, средний делительный, внутренний делительный и другие делительные; внешний
начальный, средний начальный, внутренний начальный и другие начальные; внешних
вершин зубьев, средних вершин зубьев, внутренних вершин зубьев и другие вершин
зубьев; внешних впадин, средних впадин, внутренних впадин и других впадин, а
также других концентрических окружностей конического зубчатого колеса.
Дно впадины — часть поверхности впадин зубчатого колеса, заключенная между
основаниями соседних зубьев.
Дополнительный цилиндр плоского колеса — соосный цилиндр плоского колеса.
Примечание. Различают внешний, внутренний, средний и другие дополнительные
цилиндры плоского колеса, первый из них ограничивает зубья плоского колеса со
780
стороны, наиболее удаленной от его оси, второй — со стороны, наименее
удаленной, третий находится на равном расстоянии от внешнего и внутреннего
дополнительных цилиндров, а другие — на заданном расстоянии от оси плоского колеса.
Затылованный зуб лезвийного инструмента — зуб лезвийного инструмента,
форма задней поверхности лезвия которого обеспечивает постоянство профиля
режущей кромки при повторных заточках по передней поверхности.
Зона касания зуба конического зубчатого колеса — часть боковой поверхности
зуба конического зубчатого колеса, ограниченная линией уровня приведенных
зазоров модифицированных поверхностей зубьев конической передачи.
Зуб — выступ на звене для передачи движения посредством взаимодействия с
соответствующими выступами другого звена.
Зубодолбление — строгание зубьев инструментом в виде зубчатого колеса, контур
торца зубчатого венца которого служит режущей кромкой.
Зубозакругление — обработка резанием концов зубьев в близи торца зубчатого
колеса, заключающаяся в придании им формы, облегчающей ввод колеса в зубчатое
зацепление.
Зубонарезание — обработка резанием, заключающаяся в образовании зубьев.
Зубообрабатывающая операция — операция, выполняемая на станках зубообраба-
тывающей группы.
Зубопритирка — взаимная притирка боковых поверхностей зубьев.
Зубопритирочная операция — операция, выполняемая на зубопритирочном или
зубодоводочном станке.
Зуборезный инструмент — режущий инструмент для образования и (или)
обработки зубьев.
Зубострогание — строгание зубьев.
Зубохонингование — хонингование боковых поверхностей зубьев.
Зубошлифование — шлифование боковых поверхностей зубьев. Примечание. В
зависимости от метода образования профиля зубьев следует различать
зубошлифование обкаткой и зубошлифование копированием.
Зубчатая пара — два сопряженных зубчатых колеса передачи.
Зубчатая передача — трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена
являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную
или поступательную пару.
Зубчатая передача внешнего зацепления — зубчатая передача, в которой аксоид-
ные поверхности зубчатых колес расположены одна вне другой.
Зубчатая передача внутреннего зацепления — зубчатая передача, в которой
аксоидные поверхности зубчатых колес расположены одна внутри другой.
Зубчатое зацепление — 1) кинематическая пара, образованная зубчатыми
колесами передачи; 2) процесс передачи движения в кинематической паре, образованной
зубчатыми колесами передачи.
Зубчатое звено — звено, имеющее один или несколько зубьев.
Зубчатое колесо — зубчатое звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающее
непрерывное движение другого зубчатого звена.
Зубчатое колесо с внешними зубьями — зубчатое колесо, поверхность вершин
зубьев которого находится снаружи поверхности впадин.
Зубчатое колесо с внутренними зубьями — зубчатое колесо, поверхность вершин
зубьев которого находится внутри поверхности впадин.
781
Зубчатые колеса с совпадающими боковыми поверхностями — два зубчатых
колеса, у которых одновременно все впадины одного зубчатого колеса заполняются
зубьями другого при совмещении этих колес до совпадения боковых поверхностей
зубьев с сохранением заданных радиальных зазоров. Примечание. Впадины
зубчатых колес оказываются заполненными подобно тому, как шаблон заполнен
контршаблоном.
Зубчатый венец — часть зубчатого колеса, содержащая все зубья, связанные друг с
другом прилегающей к ним поверхностью тела зубчатого колеса.
Зубчатый сектор — зубчатое звено, представляющее собой сектор зубчатого колеса.
Изменение расчетной толщины зуба исходного контура — увеличение или
уменьшение расчетной толщины зуба данного исходного контура за счет
соответствующего уменьшения или увеличения расчетной толщины зуба парного с ним
исходного контура. Примечание. Изменение считается положительным, если толщина
зуба исходного контура увеличивается, и отрицательным, если она уменьшается.
Измерительное зубчатое колесо — зубчатое колесо, повышенной точности,
применяемое в качестве измерительного элемента для однопрофильного или двухпро-
фильного комплексных методов контроля зубчатых колес.
Измерительное сечение зуба конического зубчатого колеса — нормальное
сечение зуба, в котором измеряется его толщина.
Интерференция зубьев — явление, состоящее в том, что при рассмотрении
теоретической картины зубчатого зацепления часть пространства оказывается
одновременно занятой двумя взаимодействующими зубьями.
Квазиэвольвентная коническая зубчатая передача — коническая зубчатая
передача с квазиэвольвентным зацеплением.
Кинематическая погрешность зубчатого колеса — разность между
действительным и номинальными углами поворота зубчатого колеса на его рабочей оси,
ведомого измерительным зубчатым колесом при номинальном взаимном положении
осей вращения этих колес, выражается в линейных величинах длиной дуги
делительной окружности (для конических зубчатых колес — длиной дуги средней
делительной окружности).
Кинематическая погрешность зубчатой рейки — разность между
действительным и номинальным (расчетным) поступательными перемещениями зубчатой
рейки, ведомой измерительным зубчатым колесом при точном взаимном положении
оси зубчатого колеса и базовых поверхностей рейки, определяемая по делительной
прямой рейки.
Колебание высоты головки зуба — разность между наибольшей и наименьшей
высотами головки зуба до постоянной хорды в одном и том же зубчатом колесе.
Колебание длины общей нормали — разность между наибольшей и наименьшей
действительными длинами общей нормали в одном и том же зубчатом колесе.
Колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса —
разность между наибольшим и наименьшим действительным межосевыми
расстояниями при двухпрофильном зацеплении измерительного зубчатого колеса с
контролируемым зубчатым колесом при повороте последнего на полный оборот.
Колебание измерительного межосевого угла измерительной пары на одном зубе —
разность наибольшего и наименьшего измерительных межосевых углов
измерительной пары при повороте контролируемого зубчатого колеса на один угловой шаг
782
при двухпрофильном зацеплении. Примечание. Определяется на среднем
делительном конусном расстоянии как линейная величина.
Колебание измерительного расстояния на одном зубе — разность между
наибольшим и наименьшим действительными измерительными расстояниями при
двухпрофильном зацеплении измерительного зубчатого колеса и контролируемой
зубчатой рейки при перемещении последней на один шаг.
Колебание направления зуба — разность наибольшей и наименьшей погрешности
направления зуба зубчатого колеса.
Колебание относительного положения зубчатых колес измерительной пары по
нормали на одном зубе — наибольшая разность положения контролируемого
зубчатого колеса измерительной пары относительно другого по общей нормали к
делительным конусам при повороте на один угловой шаг при двухпрофильном зацеплении.
Колебание толщины зуба — разность между наибольшей и наименьшей толщиной
зуба по постоянной хорде в одном и том же зубчатом колесе.
Колебание утоняющего смещения зуба — наибольшая разность расстояния от
одинаковых толщин зубьев до базовой опорной поверхности зубчатой рейки в ее
торцовом сечении (определяется на любом заданном участке рейки).
Колесо — зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев. Примечание. При
одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи колесом называется ведомое
зубчатое колесо.
Комбинирование норм точности — комбинирование норм кинематической
точности, плавности работы и контакта зубьев из разных степеней точности для одного
и того же зубчатого колеса.
Комплексная радиальная погрешность на зубе — см. колебание измерительного
межосевого расстояния на одном зубе.
Комплексная тангенциальная погрешность — см. наибольшая кинематическая
погрешность зубчатого колеса.
Коническая зубчатая передача — зубчатая передача с пересекающимися осями, у
зубчатых колес которой аксоидные, начальные и делительные поверхности конические.
Примечание. В конической передаче начальные поверхности совпадают с аксоидами.
Коническая зубчатая передача без смещения — коническая зубчатая передача, у
которой оба зубчатых колеса без смещения.
Коническая передача Новикова с близким к линейному контактом — коническая
передача с криволинейными равновысокими зубьями и точечным близким к
линейному контактом, номинальные поверхности зубьев зубчатых колес которой получены
в результате профильной модификации сопряженных поверхностей зубьев зубчатых
колес конической передачи Новикова с линейным контактом. Примечание. Точечный
близкий к линейному контакт конической передачи Новикова обычно обеспечивается
несколько меньшей кривизной вогнутой поверхности зуба.
Коническая передача Новикова с линейным контактом — коническая передача с
криволинейными равновысокими зубьями и линейным контактом, у зубчатых колес
которой выпуклые поверхности начальных головок зубьев взаимодействуют с
вогнутыми поверхностями начальных ножек, а коэффициент сферического
перекрытия близок к нулю. Примечание. При отсутствии указаний имеется в виду
коническая передача Новикова с линейным контактом по линии пересечения сферы с
производящей поверхностью, описанной дугой окружности.
Коническая передача Новикова с одной линией зацепления — коническая
передача Новикова с близким к линейному контактом, имеющая одну линию зацепления,
783
образуемую общей точкой контакта начальной ножки зуба одного зубчатого колеса
с начальной головкой зуба парного зубчатого колеса.
Коническое зубчатое колесо — зубчатое колесо с конической делительной
поверхностью.
Коническое зубчатое колесо гипоидной передачи первого рода — гипоидное
зубчатое колесо.
Коническое зубчатое колесо ривасайкл — коническое зубчатое колесо с прямыми
зубьями кругового профиля.
Коническое зубчатое колесо с криволинейными зубьями — коническое зубчатое
колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса
являются кривые линии.
Коническое зубчатое колесо с круговой линией зубьев — коническое зубчатое
колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса
являются дуги окружностей.
Коническое зубчатое колесо с круговыми зубьями, образованными сферой —
коническое зубчатое колесо с круговыми зубьями, теоретические поверхности
которых образованы в станочном зацеплении сферической производящей поверхностью.
Примечание. Названия передач, составленных из зубчатых колес, образуются
заменой в стандартизованном термине слов «коническое зубчатое колесо» на слова
«коническая зубчатая передача», а в кратких формах терминов слов «коническое
зубчатое колесо» на слова «коническая передача», например «коническая зубчатая
передача с круговой линией зубьев» или «коническая передача с круговыми зубьями».
Коническое зубчатое колесо с прямыми зубьями — коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса
являются прямые, проходящие через его вершину.
Коническое зубчатое колесо с прямыми зубьями кругового профиля — коническое
зубчатое колесо с приближенно круговым торцовым профилем зубьев, боковые
поверхности которых образованы огибанием поверхности инструмента, совершающей
плоское движение: вращательное вокруг оси инструмента и поступательное вдоль
зуба конического зубчатого колеса.
Коническое зубчатое колесо с тангенциальными зубьями — коническое зубчатое
колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного конуса
являются прямые, касательные к концентрической окружности.
Коническое зубчатое колесо с циклоидальной линией зубьев — коническое
зубчатое колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного
конуса являются циклоидальные кривые.
Коническое зубчатое колесо с эвольвентной линией зубьев — коническое
зубчатое колесо, теоретическими линиями зубьев которого на развертке делительного
конуса являются эвольвенты концентрической окружности.
Коническое зубчатое колесо «Зерол» — коническое зубчатое колесо с нулевым
углом наклона круговых зубьев.
Коническое спироидное колесо — колесо конической спироидной передачи.
Примечание. Коническое спироидное колесо является колесом с внешними зубьями.
Контактная касательная зубьев — касательная к контактной линии поверхности
зуба в выбранной точке.
Контактная линия поверхности зуба — линия на поверхности зуба зубчатого
колеса передачи, по которой в данный момент соприкасаются взаимодействующие
зубья.
784
Контактная нормаль зубьев — нормаль к взаимодействующим поверхностям
зубьев зубчатых колес в контактной точке.
Контактная точка поверхности зуба — одна из точек поверхности (профиля)
зуба зубчатого колеса, в которых в данный момент происходит взаимодействие
зубьев зубчатых колес передачи.
Контактная точка профиля зуба — одна из точек профиля зуба зубчатого колеса, в
которых в данный момент происходит взаимодействие зубьев зубчатых колес передачи.
Контролируемое (измеряемое) зубчатое колесо — зубчатое колесо, зубчатый
венец которого подвергается контролю.
Контрольная окружность — окружность, по которой производится контроль
элементов зубчатого колеса, с центром на оси вращения зубчатого колеса, проходящая
посередине рабочей высоты зуба.
Конус впадин — поверхность впадин конического зубчатого колеса. Примечание. В
некоторых видах конических зубчатых колес форма дна впадины по
технологическим причинам отлична от конической.
Конусное производящее колесо — производящее коническое зубчатое колесо с
углом делительного конуса, отличным от прямого.
Концентрическая окружность конического зубчатого колеса — одна из
окружностей пересечения однотипных соосных конусов делительным (начальным)
дополнительным конусом. Примечание. 1. Различают концентрические окружности:
внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие; делительные: внешнюю, среднюю,
внутреннюю и другие; начальные: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие;
вершины зубьев: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие; впадины и другие,
принадлежащие соответственно делительному, начальному, вершинам зубьев, впадинам
и другим однотипным соосным конусам конического зубчатого колеса. 2. В терминах,
относящихся к определенной концентрической окружности, слово «концентрическая»
заменяется ее наименованием, например, «внешняя делительная окружность»,
«средняя окружность вершин зубьев», «внутренняя окружность впадин» и т. д.
Коэффициент изменения расчетной толщины зуба исходного контура —
отношение изменения расчетной толщины зуба исходного контура к его модулю.
Коэффициент осевого перекрытия конической зубчатой передачи — отношение
угла осевого перекрытия зубчатого колеса конической передачи с тангенциальными
или криволинейными зубьями к его угловому шагу.
Коэффициент перекрытия зубчатой передачи — отношение угла перекрытия
зубчатого колеса передачи к его угловому шагу. Примечание. Понятие
«коэффициент перекрытия» не относится к зубчатым передачам, в которых при точечном или
линейном контактах одновременно имеются, соответственно, две и более
контактные точки или контактные линии на одной номинальной поверхности зуба.
Коэффициент суммарного перекрытия конической зубчатой передачи с
локализованным пятном контакта — расчетная величина, равная корню квадратному из
суммы квадратов коэффициентов осевого и торцового перекрытия конической
зубчатой передачи с тангенциальными или криволинейными зубьями.
Коэффициент суммарного перекрытия конической зубчатой передачи с нелока-
лизованным пятном контакта — расчетная величина, равная сумме
коэффициентов осевого и торцового перекрытия конической зубчатой передачи с тангенциальными
или криволинейными зубьями.
Коэффициент торцового перекрытия конической^ зубчатой передачи —
отношение угла торцового перекрытия зубчатого колеса конической передачи к угло-
785
вому шагу эквивалентного цилиндрического колеса. Примечание. 1. Различают
коэффициенты торцового перекрытия: внешний, средний и внутренний
соответствующие внешней, средней и внутренней — эквивалентным цилиндрическим
передачам. 2. При отсутствии указаний коэффициент торцового перекрытия конической
зубчатой передачи относят к расчетному сечению и в этом случае в термине слова
«внешнего», «среднего» или «внутреннего» опускают коэффициент торцового
перекрытия.
Криволинейный зуб — зуб, теоретическая линия которого отлична от
теоретической линии прямого и винтового зуба.
Кромка зуба — линия пересечения двух поверхностей зуба, которыми могут быть
боковая поверхность, поверхность вершин и торец зуба. Примечание. Различают
продольную, боковую и торцовую кромки зуба, являющиеся линиями пересечения
соответственно боковой поверхности с поверхностью вершин, боковой поверхности
с торцом зуба и поверхности вершин с торцом зуба.
Кромочный контакт зубьев — точечный или линейный контакт зубьев зубчатых
колес передачи при отсутствии общей касательной плоскости. Примечание.
Кромочный контакт обычно возникает при взаимодействии продольной кромки зуба
или кромки притуплённого зуба одного зубчатого колеса с боковой поверхностью
зуба другого зубчатого колеса передачи. Различают продольный кромочный
контакт и торцовый кромочный контакт.
Левая поверхность зуба — боковая поверхность зуба, расположенная слева от
наблюдателя, смотрящего на зуб, обращенный вершиной вверх со стороны
выбранного торца.
Линейный контакт зубьев — соприкосновение боковых поверхностей двух
взаимодействующих зубьев по линии (в точке).
Линия зацепления зубчатой передачи — траектория обшей точки контакта зубьев
при ее движении относительно неподвижного звена зубчатой передачи, которая при
линейном контакте определяется в ее главном сечении. Примечание. При
отсутствии указаний линия зацепления соответствует теоретическим поверхностям
взаимодействующих зубьев.
Линия зуба — линия пересечения боковой поверхности зуба с делительной,
начальной или однотипной соосной поверхностью зубчатого колеса. Примечание.
1. Различают теоретическую и номинальную линии зуба, соответствующие
теоретической и номинальной его поверхности, делительную и начальную линии зуба,
линию вершин зуба и дна впадины и другие линии зуба, соответствующие
делительной и начальной поверхностям, поверхностям вершин зубьев и впадин
зубчатого колеса и другим его соосным поверхностям, а также различают одноименные и
разноименные линии зубьев, соответствующие их одноименным и разноименным
поверхностям. 2. При образовании терминов видовых понятий линии зуба
последовательно добавляются слова, определяющие боковую поверхность зуба и соосную
поверхность, например, «начальная теоретическая линия зуба».
Линия зуба конического зубчатого колеса левого направления — линия зуба,
точка на которой движется против часовой стрелки при удалении от наблюдателя,
смотрящего с вершины делительного конуса.
Линия зуба конического зубчатого колеса правого направления — линия зуба,
точка на которой движется по часовой стрелке при удалении от наблюдателя,
смотрящего с вершины делительного конуса.
786
Линия уровня приведенных зазоров модифицированных поверхностей зубьев
конической передачи — линия на номинальной поверхности зуба конического
зубчатого колеса в точках которой приведенный зазор модифицированных поверхностей
зубьев конической передачи имеет заданное постоянное значение.
Локализация пятна контакта зуба — заданное ограничение формы, размеров и
расположения пятна контакта на поверхности зуба зубчатого колеса в передаче.
Мгновенное пятно контакта — часть активной боковой поверхности зуба
большего зубчатого колеса передачи, на которой располагаются следы его прилегания к
зубьям меньшего зубчатого колеса, покрытого красителем после поворота большего
зубчатого колеса собранной передачи на полный оборот при легком торможении,
обеспечивающем непрерывное контактирование зубьев обоих колес.
Межосевая линия зубчатой передачи — прямая линия, пересекающая оси
зубчатых колес передачи под прямым углом.
Мезкосевое расстояние зубчатой передачи — расстояние между осями зубчатых
колес передачи по межосевой линии.
Межосевой угол зубчатой передачи — угол, дополнительный до 180°, к углу
между векторами угловых скоростей зубчатых колес передачи. Примечание. В
передачах с пересекающимися осями, если делительные и начальные конусы зубчатых
колес совпадают, индекс W может опускаться.
Местная кинематическая погрешность зубчатого колеса — наибольшая
разность между местными соседними экстремальными (минимальными и
максимальными) значениями кинематической погрешности зубчатого колеса в пределах его
оборота (для зубчатой рейки в пределах перемещения ее на заданную длину рейки).
Местная кинематическая погрешность зубчатой передачи — наибольшая
разность между местными соседними экстремальными (минимальными и
максимальными) значениями кинематической погрешности передачи за полный цикл
изменения относительного положения зубчатых колес передачи.
Местное биение зубчатого венца — наибольшее колебание расстояний на
соседних зубьях (местный выброс или скачок) от рабочей оси зубчатого колеса до
элемента нормального исходного контура (одиночного зуба или впадины),
наложенного на профили зубьев зубчатого колеса. Примечание. Определяется в направлении,
перпендикулярном образующей делительного конуса зубчатого колеса, на среднем
конусном расстоянии.
Модификация поверхности зуба — преднамеренное отклонение поверхности зуба
от главной поверхности, осуществляемое для компенсации действия факторов,
отрицательно влияющих на работу зубчатой передачи.
Модификация у торца зуба — продольная модификация зуба, в результате
которой номинальная линия зуба начинает в заданной точке отклоняться от его
теоретической линии с монотонным возрастанием отклонения по мере удаления от этой
точки к торцу зуба.
Наибольшая кинематическая погрешность зубчатой рейки — наибольшая
алгебраическая разность значений кинематической погрешности зубчатой рейки в
пределах заданной длины.
Наибольшая кинематическая погрешность передачи — наибольшая алгебраическая
разность значений кинематической погрешности передачи за полный цикл изменения
относительного положения зубчатых колес (т. е. в пределах числа оборотов большего
787
зубчатого колеса, равного частному от деления числа зубьев меньшего зубчатого колеса
на общий наибольший делитель чисел зубьев обоих зубчатых колес передачи).
Наибольшая кинематическая погрешность реечной передачи — наибольшая
алгебраическая разность значений кинематической погрешности реечной передачи при
перемещении зубчатой рейки на заданную длину.
Наименьшее дополнительное смещение исходного контура для зубчатого
колеса с внешними зубьями (с внутренними зубьями) — наименьшее предписанное
смещение элемента исходного контура (одиночного зуба или впадины), условно
наложенного на профиль зубьев зубчатого колеса, осуществляемое с целью
обеспечения в передаче гарантированного бокового зазора.
Наименьшее отклонение длины общей нормали — наименьшее предписанное
отклонение длины общей нормали, осуществляемое с целью обеспечения в
передаче гарантированного бокового зазора.
Накопленная погрешность шагов — наибольшая разность дискретных значений
кинематической погрешности зубчатого (червячного) колеса при номинальном его
повороте на целых угловых шагов.
Накопленная погрешность шагов зубчатой рейки — наибольшая накопленная
погрешность шага, найденная для данного значения целых шагов, где К больше 2 в
пределах заданного участка рейки.
Накопленная погрешность шага зубчатого колеса — наибольшая алгебраическая
разность значений накопленных погрешностей в пределах зубчатого колеса.
Накопленная погрешность шага, зубчатой рейки — наибольшая алгебраическая
разность значений накопленных погрешностей, найденных для всех значений К в
пределах от 2 до (Z- 1) (где Z— число зубьев на заданной длине рейки).
Начальная окружность зубчатого колеса — каждая из взаимокасающихся
концентрических окружностей зубчатых колес передачи, принадлежащая начальной
поверхности данного зубчатого колеса.
Начальная поверхность зубчатого колеса — соосная поверхность зубчатого
колеса, в любой точке касания которой с соосной поверхностью другого зубчатого
колеса передачи проходящие через нее линии зубьев или идентичные им линии имеют
общую касательную, и вектор скорости относительного движения зубчатых колес
направлен вдоль нее или равен нулю.
Начальная точка линии продольной модификации зуба — общая точка
теоретической линии зуба и линии продольной модификации. Примечание. При отсутствии
указаний имеются в виду делительные номинальная и теоретическая линии зуба.
Начальный конус конического зубчатого колеса — начальная поверхность
конического зубчатого колеса. Примечание. Если начальные конусы в конической передаче
совпадают с делительными конусами ее зубчатых колес, то в этом случае применяют
термин «делительный конус».
Начальный конус производящего колеса — соосный конус, являющийся начальной
поверхностью производящего колеса в станочном зацеплении с обрабатываемым
зубчатым колесом. Примечание. В станочном зацеплении без корректур начальный
конус производящего колеса и делительный конус обрабатываемого конического
зубчатого колеса касаются по линии, совпадающей с их образующими, причем
скорость их относительного движения по этой линии равна нулю.
Незатылованный зуб лезвийного инструмента — зуб лезвийного инструмента с
задней поверхностью, форма которой не обеспечивает постоянство профиля
режущей кромки при повторных заточках по передней поверхности.
788
Нерабочий профиль зуба — профиль зуба, расположенный на его нерабочей стороне.
Номинальная длина общей нормали — расчетная длина общей нормали,
соответствующая номинальному положению исходного контура.
Номинальная поверхность зуба — главная поверхность зуба или поверхность,
полученная в результате ее модификации, от которой отсчитываются погрешности
изготовления.
Номинальная толщина зуба (по постоянной хорде) — толщина зуба по
постоянной хорде, отнесенная к нормальному сечению, соответствующая номинальному
положению исходного контура.
Номинальное исходное производящее колесо — производящее колесо, все зубья
которого полностью заполняют впадины номинального исходного колеса при
совмещении этих колес до совпадения боковых поверхностей зубьев. Примечание.
Впадины номинального исходного колеса оказываются заполненными зубьями
исходного производящего колеса подобно тому, как литейная форма заполнена отливкой.
Номинальное положение исходного производящего колеса — положение
номинального исходного производящего колеса в станочном зацеплении, при котором на
обрабатываемом зубчатом колесе образуются зубья номинальной толщины с
номинальными поверхностями.
Номинальное положение теоретического исходного колеса — положение при
беззазорном зацеплении соответствующего теоретического исходного колеса
относительно зубчатого колеса, имеющего зубья теоретической толщины с главными
поверхностями.
Номинальное расположение — расположение рассматриваемого элемента
(поверхности или профиля), определяемое номинальными линейными и угловыми
размерами между ним и базами или между рассматриваемыми элементами, если базы
не заданы.
Номинальный размер по роликам — расчетный размер по верху роликов или
шариков (или между роликами или шариками при контроле зубчатых колес
внутреннего зацепления), соответствующий номинальному положению исходного контура.
Центры контрольных шариков должны лежать в одном и том же торцовом сечении.
Нормальная толщина зуба конического зубчатого колеса с неэквидистантными
линиями зуба — расчетная величина, равная произведению окружной толщины
зуба конического зубчатого колеса на косинус угла наклона средней линии зуба в
точке ее пересечения с концентрической окружностью, на которой задана окружная
толщина зуба. Примечание. 1. Различают нормальные толщины зуба: внешнюю,
среднюю; внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и
другие начальные и другие соответствующие внешней, средней, внутренней и
другим делительным; внешней, средней, внутренней и другим начальным и другим
концентрическим окружностям конического зубчатого колеса. 2. При отсутствии
указаний имеются в виду нормальные толщины зуба, соответствующие их
окружным толщинам на делительном конусе, и в этом случае слово «делительная» в
термине может быть опущено, например, «средняя нормальная толщинная толщина
зуба» вместо «средняя делительная нормальная толщина зуба».
Нормальная ширина впадины конического зубчатого колеса с
неэквидистантными линиями зуба — расчетная величина, равная произведению окружной
ширины впадины на косинус угла наклона средней линии впадины в точке ее
пересечения с концентрической окружностью, на которой дана окружная ширина впадины.
Примечание. 1. Различают нормальные ширины впадины: внешнюю, среднюю,
789
внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие
начальные и другие соответствующие внешней, средней, внутренней и другим
делительным; внешней, средней, внутренней и другим начальным и другим
концентрическим окружностям конического зубчатого колеса. 2. При отсутствии указаний
имеют в виду нормальные ширины впадины, соответствующие окружным ширинам
впадины на делительном конусе, и в этом случае слово «делительная» в термине
может быть опущено, например, «средняя нормальная ширина впадины» вместо
«средняя нормальная делительная ширина впадины».
Нормальное сечение боковой поверхности зуба конического зубчатого колеса —
сечение боковой поверхности зуба конического зубчатого колеса плоскостью
нормальной к теоретической линии зуба. Примечание. При отсутствии указаний
нормальное сечение боковой поверхности зуба нормально к делительной линии зуба.
Нормальное сечение зуба конического зубчатого колеса — сечение зуба
конического зубчатого колеса плоскостью нормальной к средней линии зуба в заданной
точке. Примечание. 1. Различают внешнее, среднее, внутреннее и другие
нормальные сечения зуба соответственно в точках, принадлежащих внешней, средней,
внутренней делительной и другим концентрическим окружностям конического
зубчатого колеса. 2. При отсутствии указаний нормальное сечение зуба нормально к
делительной средней линии зуба.
Нормальное сечение зуба плоского колеса — сечение боковой поверхности зуба
плоского колеса плоскостью нормальной к делительной теоретической линии зуба.
Примечание. Различают внешнее, среднее, внутреннее и другие нормальные сечения плоского
колеса, соответствующие точкам пересечения делительных теоретических линий зубьев
внешней, средней, внутренней и другими делительными окружностями.
Нормальный боковой зазор зубчатой передачи — наименьшее расстояние между
боковыми поверхностями зубьев зубчатых колес передачи, определяющее
свободный поворот одного из зубчатых колес при неподвижном парном зубчатом колесе.
Нормальный модуль зубьев конического зубчатого колеса — линейная величина в
к раз меньшая нормального шага зубьев конического зубчатого колеса. Примечание.
1. Различают нормальные модули: внешний, средний, внутренний и другие
делительные; внешний, средний, внутренний и другие начальные и другие
соответствующие внешнему, среднему, внутреннему и другим делительным; внешнему,
среднему, внутреннему и другим начальным и другим нормальным шагам зубьев
конического зубчатого колеса. 2. При отсутствии указаний имеются в виду
нормальные модули зубьев, соответствующие нормальным делительным шагам зубьев
конического зубчатого колеса, и в этом случае слово «делительный» в термине
может быть опущено, например, «средний нормальный модуль» вместо «средний
делительный нормальный модуль».
Нормальный профиль зуба — линия сечения боковой поверхности зуба
плоскостью, нормальной к линии зуба. Примечание. При отсутствии указаний нормальный
профиль зуба соответствует делительной теоретической линии зуба.
Нормальный профиль зуба плоского колеса — профиль зуба в нормальном
сечении боковой поверхности зуба плоского колеса.
Нормальный теоретический исходный контур — контур зубьев условной рейки,
у которой профиль зубьев идентичен нормальному профилю зуба теоретического
исходного плоского колеса, высоты зубьев совпадают с высотами зубьев
теоретического исходного плоского колеса в заданном торцовом сечении, а шаг и толщина
зубьев принимаются равными соответственно делительным окружному шагу и ок-
790
ружной толщине зуба теоретического исходного плоского колеса в том же
торцовом сечении, умноженным на косинус угла наклона делительной линии зуба в точке,
принадлежащей рассматриваемому торцовому сечению. Примечание. 1. Различают
внешний, средний и внутренний нормальные теоретические исходные контуры,
соответствующие внешнему, среднему и внутреннему нормальным сечениям
теоретического исходного плоского колеса. 2. Для конических зубчатых колес с
тангенциальными зубьями в качестве стандартного принимают внешний нормальный
теоретический исходный контур, а для конических зубчатых колес с круговыми зубьями —
средний нормальный теоретический исходный контур. 3. Для стандартного
внешнего нормального теоретического исходного контура применяют термин «внешний
нормальный исходный контур», а для стандартного среднего нормального
теоретического исходного контура — термин «средний нормальный исходный контур».
Нормальный шаг зубьев — кратчайшее расстояние по делительной, начальной или
однотипной соосной поверхности зубчатого колеса между эквидистантными
одноименными теоретическими линиями соседних зубьев. Примечание. Различают
делительный, начальный и другие нормальные шаги зубьев, соответствующие
делительным, начальным и другим линиям зуба.
Нормальный шаг зубьев конического зубчатого колеса с неэквидистантными
линиями зуба — расчетная величина, равная сумме нормальной толщины зуба и
нормальной ширины впадины на заданной концентрической окружности. Примечание.
1. Различают нормальные шаги: внешний, средний, внутренний и другие
делительные; внешний, средний, внутренний и другие начальные и другие соответствующие
внешней, средний, внутренней и другим делительным; внешней, средней,
внутренней и другим начальным и другим концентрическим окружностям конического
зубчатого колеса. 2. При отсутствии указаний имеются в виду нормальные шаги зубьев,
соответствующие делительным окружностям конического зубчатого колеса, и в этом
случае слово «делительный» в термине может быть опущено, например, «средний
нормальный шаг зубьев» вместо «средний делительный нормальный шаг зубьев».
Нормы кинематической точности зубчатого колеса — нормы, определяющие
величину полной погрешности угла поворота зубчатого колеса в пределах оборота.
Нормы контакта зубьев зубчатого колеса — нормы, точности зубчатого колеса,
определяющие прилегание рабочих поверхностей его зубьев к зубьям сопряженного
зубчатого колеса в передаче.
Нормы плавности работы зубчатого колеса — нормы, определяющие величину
составляющих полной погрешности угла поворота зубчатого колеса, многократно
повторяющихся за один его оборот.
Нормы точности зубчатых колес и передач — комплекс регламентированных
показателей функциональных и геометрических характеристик зубчатого колеса
или передачи.
Обкатная коническая передача — коническая зубчатая передача, боковые
поверхности зубьев зубчатых колес которой образованы производящей поверхностью в
станочном зацеплении. Примечание. В терминах и определениях, относящихся к
обкатным коническим зубчатым передачам и обкатным коническим зубчатым
колесам, указание о том, что они являются обкатными, опускается.
Общая линия контакта зубьев — воображаемая линия, которая в зубчатом
зацеплении последовательно совпадает с контактными линиями поверхностей двух
взаимодействующих зубьев зубчатых колес передачи.
791
Общая нормальная плоскость зубьев — плоскость, перпендикулярная контактной
касательной зубьев и содержащая точку касания.
Общая точка контакта зубьев — воображаемая точка, которая в зубчатом
зацеплении при точечном контакте последовательно совпадает с контактными точками
поверхностей двух взаимодействующих зубьев зубчатых колес передачи, а при
линейном контакте — является точкой общей линии контакта зубьев.
Одноименные поверхности зубьев — правые или левые поверхности зубьев
зубчатого колеса.
Одноименные профили зубьев — профили зубьев, расположенные на их
одноименных поверхностях.
Однопрофильное зацепление — зацепление двух зубчатых колес или зубчатого
колеса и рейки, или червячного колеса и червяка по одноименным (правым и
левым) боковым поверхностям зубьев, при котором по противоположным боковым
поверхностям имеется боковой зазор.
Однопрофильный комплексный метод контроля зубчатых колес — метод
контроля угловых погрешностей при номинальном положении осей для
цилиндрических зубчатых колес при постоянном номинальном межосевом расстоянии и
соответственно для конических зубчатых колес (передач) при постоянном номинальном
межосевом угле при однопрофильном зацеплении между контролируемым
зубчатым колесом и измерительным колесом.
Одноразовое проточное смазывание — смазывание, при котором смазочный
материал периодически или непрерывно подводится к поверхности трения и не
возвращается в систему смазки.
Окружная скорость зубчатого колеса — скорость выбранной точки зубчатого
колеса во вращательном движении вокруг его оси. Примечание. 1. При отсутствии
дополнительных указаний имеется в виду движение относительно неподвижного
звена. 2. Различают делительную, начальную и другие окружные скорости
зубчатого колеса, относящиеся к делительной, начальной и другим соответствующим
концентрическим окружностям.
Окружная толщина зуба конического зубчатого колеса — расстояние между
разноименными профилями зуба по дуге концентрической окружности конического
зубчатого колеса. Примечание. Различают окружные толщины зуба: внешнюю,
среднюю, внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и
другие начальные и другие по дугам: внешней, средней, внутренней и других
делительных; внешней, средней, внутренней и других начальных и других
концентрических окружностей конического зубчатого колеса.
Окружная ширина впадины конического зубчатого колеса — расстояние между
разноименными профилями соседних зубьев по дуге концентрической окружности
конического зубчатого колеса. Примечание. Различают окружные ширины впадины:
внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю,
внутреннюю и другие начальные и другие по дугам: внешней, средней, внутренней
и других делительных; внешней, средней, внутренней и других начальных и других
концентрических окружностей конического зубчатого колеса.
Окружной боковой зазор зубчатой передачи — длина дуги концентрической
окружности зубчатого колеса передачи, стягивающей ее угловой боковой зазор.
Окружной модуль зубьев конического зубчатого колеса — линейная величина, в л
раз меньшая окружного шага зубьев конического зубчатого колеса. Примечание.
Различают окружные модули: внешний, средний, внутренний и другие делитель-
792
ные; внешний, средний, внутренний и другие начальные и другие, соответствующие
внешнему, среднему, внутреннему и другим делительным; внешнему, среднему,
внутреннему и другим начальным и другим окружным шагам зубьев конического
зубчатого колеса.
Окружной шаг зубьев конического зубчатого колеса — расстояние между
одноименными профилями соседних зубьев по дуге концентрической окружности
конического зубчатого колеса. Примечание. Различают окружные шаги: внешний,
средний, внутренний и другие делительные; внешний, средний, внутренний и другие
начальные и другие по дугам: внешней, средней, внутренней и других делительных;
внешней, средней, внутренней и других начальных и других концентрических
окружностей конического зубчатого колеса.
Окружной шаг зубьев — расстояние между одноименными профилями соседних
зубьев по дуге концентрической окружности зубчатого колеса. Примечание. 1.
Различают делительный, начальный и другие окружные шаги зубьев, соответствующие
делительной, начальной и другим концентрическим окружностям зубчатого колеса.
2. Окружной шаг однозубого зубчатого колеса равен длине концентрической
окружности.
Осевая форма зуба конического зубчатого колеса — форма зуба конического
зубчатого колеса, определяемая взаимным расположением образующих
делительного конуса и конусов впадин и вершин зубьев в общем осевом сечении.
Примечание. Различают пропорционально понижающуюся, понижающуюся и
равновысокую осевые формы зуба, у первой — вершины делительного конуса и
конуса впадин сходятся в общей точке и, следовательно, высота ножки зуба
прямо пропорциональна расстоянию от вершины; у второй — вершины
делительного конуса и конуса впадин смещены вдоль оси относительно друг друга
на величину, обеспечивающую изменение делительной окружной толщины зуба
приблизительно прямо пропорционально расстоянию от вершины делительного
конуса; у третьей — образующие конуса впадин и конуса вершин параллельны
образующей делительного конуса и, следовательно, высота зуба постоянна по
всей его длине.
Осевое сечение зубчатого колеса — сечение зубчатого колеса плоскостью,
проходящей через его ось.
Осевое смещение зубчатого венца — величина смещения зубчатого венца в осевом
направлении при монтаже передачи от положения, при котором характеристики
зацепления (плавность работы, пятно контакта) являются наилучшими,
установленными при обкаточном контроле пары.
Осевой шаг зубьев — расстояние между одноименными линиями соседних
винтовых зубьев по линии пересечения плоскости осевого сечения зубчатого колеса с его
делительной, начальной или однотипной соосной поверхностью.
Основание зуба — часть поверхности впадин зубчатого колеса, заключенная между
основаниями соседних зубьев.
Основная окружность конического зубчатого колеса с эвольвентной линией
зубьев — концентрическая окружность на развертке делительного конуса
конического зубчатого колеса, при качении по которой прямой линии точка ее образует
эвольвентную линию зуба.
Основная окружность эвольвентного червяка — окружность, развертка которой
является теоретическим торцовым профилем витка эвольвентного червяка.
Остроконечный зуб (ндп) — незатылованный зуб лезвийного инструмента.
793
Ось зубчатого зецепления — прямая линия, неподвижная относительно осей
зубчатых колес передачи, которую пересекают все контактные нормали при
взаимодействии сопряженных поверхностей зубьев.
Ось зубчатого колеса — геометрическая ось вращения зубчатого колеса в передаче.
Ось инструмента — воображаемая прямая линия с определенными
геометрическими соотношениями к установочным (базовым) поверхностям, применяемая для
изготовления и заточки инструмента для крепления инструмента при его употреблении,
обычно, ось инструмента является центровой линией хвостовика или посадочного
отверстии и параллельна или перпендикулярна к установочным (базовым)
поверхностям, хотя она может быть центровой линией конической поверхности, как в
коническом хвостовике, если ось неясно выражена, то она определяется конструктором.
Отклонение внешнего диаметра вершин зубьев — разность действительного и
номинального внешних диаметров вершин зубьев в основании конуса вершин зубьев.
Отклонение высоты головки зуба — разность между действительной и
номинальной высотами головки зуба до постоянной хорды.
Отклонение нормального шага цилиндрического зубчатого колеса — разность
действительного и номинального значений расстояния между двумя точками,
лежащими на соседних одноименных (правых или левых) профилях зубьев зубчатого
колеса на делительном цилиндре в сечении, перпендикулярном направлению зубьев
зубчатого колеса.
Отклонение нормальной толщины зубчатой рейки — разность между
действительной и номинальной толщинами зубьев рейки по делительной прямой
(плоскости), перпендикулярной направлению зуба.
Отклонение нормальной толщинами цилиндрического зубчатого колеса —
разность между действительной и номинальной толщинами зуба по делительному
цилиндру в нормальном сечении.
Отклонение относительных размеров суммарного пятна контакта по длине
(по высоте) — алгебраическая разность между действительным и номинальным
относительными размерами суммарного пятна контакта.
Отклонение расстояния от базового торца до средней плоскости заготовки —
разность действительного и номинального расстояний от базового торца заготовки
до ее средней плоскости.
Отклонение расстояния от базовой плоскости до плоскости внешней
окружности вершин зубьев — разность действительного и номинального расстояний от
базовой плоскости заготовки до плоскости внешней окружности вершин зубьев в
осевом сечении.
Отклонение толщины зуба по хорде контрольного цилиндра — разность между
действительной и номинальной толщинами зуба по хорде контрольного цилиндра
диаметром DY в нормальном сечении, расположенного (заданного) в пределах
рабочей высоты зуба с центром на оси вращения зубчатого колеса.
Отклонение угла конуса вершин зубьев — разность действительного и
номинального углов конуса вершин зубьев относительно оси заготовки в осевом сечении.
Отклонение шага зацепления — разность между действительным и номинальным
шагами зацепления.
Отрицательная коническая передача — коническая зубчатая передача внешнего
зацепления, у которой сумма смещений шестерни и колеса является отрицательной
величиной. Примечание. Межосевой угол отрицательной конической зубчатой
передачи меньше суммы углов делительных конусов ее зубчатых колес.
794
Пара номинальных исходных зубчатых колес — два номинальных исходных
зубчатых колеса, которые совместно определяют номинальные форму и размеры
зубьев семейства сопряженных зубчатых колес.
Пара номинальных исходных производящих колес — два номинальных исходных
производящих колеса, соответствующих паре номинальных исходных зубчатых колес.
Пара теоретических исходных производящих колес — два теоретических
исходных производящих колеса, у которых все впадины одного колеса полностью
заполняются зубьями другого при совмещении колес до совпадения боковых
поверхностей зубьев. Примечание. Впадины одного колеса оказываются заполненными
зубьями другого подобно тому, как литейная форма заполнена отливкой.
Парное зубчатое колесо — зубчатое колесо передачи, рассматриваемое по
отношению к другому зубчатому колесу данной передачи.
Передаточное число зубчатой передачи — отношение числа зубьев колеса к
числу зубьев шестерни.
Передаточное число эквивалентной конической передачи — отношение числа
зубьев эквивалентного конического колеса к числу зубьев эквивалентной
конической шестерни.
Плоское зубчатое колесо — коническое зубчатое колесо, у которого угол
делительного конуса равен 90°.
Плоское производящее колесо — производящее коническое зубчатое колесо с
углом делительного конуса равным 90°.
Площадка контакта зуба — поверхность мгновенного соприкосновения
взаимодействующих зубьев — зубчатых колес передачи, образовавшаяся под действием
нагрузки вместо контактных точки или линии поверхности зуба.
Поверхность впадин зубчатого колеса — соосная поверхность, отделяющая зубья
от тела зубчатого колеса.
Поверхность головки (ножки) зуба — часть боковой поверхности зуба, лежащая
между поверхностью вершин (впадин) и делительной поверхностью.
Поверхность зацепления зубчатой передачи — поверхность, описываемая общей
линией контакта теоретических или номинальных поверхностей взаимодействующих
зубьев при движении этой линии относительно неподвижного звена зубчатой передачи.
Поверхность ножки зуба — часть боковой поверхности зуба, лежащая между
поверхностью впадин и делительной поверхностью.
Поверхность притупления продольной кромки зуба — поверхность, соединяющая
вершину и главную или номинальную поверхность зуба, образованную после
притупления продольной кромки.
Погрешность направления зуба зубчатой рейки — расстояние между двумя
ближайшими прямыми номинального направления в торцовом сечении посередине
высоты зуба, ограничивающими действительное направление зуба по ширине
нарезанной части рейки.
Погрешность направления зуба цилиндрического зубчатого колеса — расстояние
между двумя ближайшими друг к другу номинальными делительными линиями
зуба в торцовом сечении, между которыми размещается действительная
делительная линия зуба, соответствующая рабочей ширине зубчатого венка или полушеврона.
Погрешность направления зуба конического зубчатого колеса — наибольшее
отклонение действительного направления образующих боковой поверхности зуба
от номинального направления, отнесенное ко всей длине зуба и выраженное в
линейных единицах.
795
Погрешность профиля зуба — расстояние по нормали между двумя ближайшими
друг к другу номинальными торцовыми профилями зуба, между которыми
размещается действительный торцовый активный профиль зуба зубчатого (червячного
колеса (рейки)).
Поднутрение зуба — преднамеренное срезание части боковой поверхности у
основания зуба с целью образования переходной кривой зуба с поднутрением.
Подрезание зуба — срезание части номинальной поверхности у основания зуба
обрабатываемого зубчатого колеса в результате интерференции зубьев при станочном
зацеплении.
Полуобкатная коническая передача — коническая зубчатая передача, боковые
поверхности зубьев шестерни которой образованы производящей поверхностью в
станочном зацеплении, а боковые поверхности зубьев колеса могут быть плоскими,
коническими, сферическими и эвольвентно винтовыми. Примечание. 1. Различают:
полуобкатную коническую передачу F, полуобкатную коническую передачу С,
полуобкатную коническую передачу S и полуобкатную коническую передачу J, у
которых главная поверхность зубьев колеса соответственно плоская, коническая,
сферическая и эвольвентно винтовая. 2. Названия зубчатых колес (шестерни и колеса)
полуобкатных конических зубчатых передач: образуются добавлением перед
названием передачи слов «шестерня» или «колесо» и изменением слов «полуобкатная
коническая зубчатая передача» на слова «полуобкатной конической зубчатой
передачи»; например, шестерня полуобкатной конической зубчатой передачи или
колесо полуобкатной конической зубчатой передачи S.
Полюс зацепления зубчатой передачи — точка или одна из точек касания
начальных поверхностей зубчатых колес передачи.
Полюсная линия зубчатой передачи — линия касания начальных поверхностей
зубчатых колес передачи.
Постоянная хорда зуба конического зубчатого колеса — расчетная величина,
приближенно определяемая как отрезок прямой, соединяющей две точки
разноименных боковых поверхностей зуба конического зубчатого колеса в его
нормальном сечении, принадлежащие нормалям, проведенным к боковым поверхностям
зуба из точки, расположенной на делительной средней линии зуба. Примечание.
Различают постоянные хорды зуба: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие
соответствующие внешнему, среднему, внутреннему и другим нормальным сечениям
зуба конического зубчатого колеса.
Правая поверхность зуба — боковая поверхность зуба, расположенная справа от
наблюдателя, смотрящего на зуб, обращенный вершиной вверх со стороны
выбранного торца.
Предельная линия поверхности зацепления — каждая из линий, ограничивающих
поверхность зацепления зубчатой передачи, соответствующих предельным линиям
теоретической поверхности зуба.
Предельная линия теоретической поверхности зуба — каждая из линий,
ограничивающих теоретические поверхности зубьев, при условии обеспечения заданного
передаточного отношения.
Предельная точка профиля зуба — точка пересечения теоретического профиля
зуба с предельной линией его теоретической поверхности.
Приведенный зазор модифицированных поверхностей зубьев конической
передачи — расстояние между отсчетной теоретической поверхностью зуба конического
зубчатого колеса и номинальной поверхностью зуба этого же зубчатого колеса при
796
их касании в центре пятна контакта, измеренное по нормали к номинальной
поверхности зуба конического зубчатого колеса.
Производящее зубчатое колесо — воображаемое зубчатое колесо, у которого
боковыми поверхностями зубьев являются производящие поверхности.
Производящий контур зубчатого колеса — контур зубьев производящего
зубчатого колеса в сечении его заданной поверхностью.
Профиль боковой поверхности зуба — линия пересечения боковой поверхности
зуба и заданной поверхности, отличной от делительной, начальной и однотипной
соосных поверхностей зубчатого колеса. Примечание. 1. Различают теоретический,
главный и номинальный профили зуба, соответствующие теоретической, главной и
номинальной поверхностям зуба, а также торцовый, осевой и другие профили зуба,
соответствующие торцовому, осевому и другим сечениям зубчатого колеса или
боковой поверхности его зуба. 2. При образовании терминов видовых понятий
торцового, осевого, нормального и других профилей зуба к термину родового понятия
добавляется слово, определяющее боковую поверхность зуба, например, «главный
торцовый профиль зуба», «номинальный осевой профиль зуба» и т. д.
Профильная касательная зубьев — касательная к взаимодействующим профилям
зубьев в главном сечении зубчатой передачи в точке их касания.
Профильная модификация зуба — модификация поверхности зуба по профилю
зуба.
Профильная нормаль зубьев — нормаль к взаимодействующим профилям зубьев в
главном сечении зубчатой передачи в точке их касания.
Прямозубый режущий инструмент — многолезвийный инструмент, в котором
направляющая линия передней поверхности лезвия прямолинейна и
перпендикулярна направлению скорости главного движения резания. Примечание. Под
направляющей линией передней поверхности понимают линию, по которой движется
точка прямой, описывающей эту поверхность.
Прямой зуб — зуб, делительная теоретическая линия которого лежит в плоскости
осевого сечения зубчатого колеса.
Рабочая ось зубчатого колеса — ось зубчатого колеса, вокруг которой оно
вращается в передаче.
Рабочая сторона зуба — боковая поверхность зуба, участвующая в передаче
движения.
Радиальное биение зубчатого венца — наибольшая в пределах оборота червячного
колеса разность расстояний от рабочей оси червячного колеса в средней плоскости
до средней линии измерительного элемента, касающегося боковых поверхностей
впадины вблизи делительной окружности.
Радиальное биение зубчатого венца — разность действительных предельных
положений исходного контура в пределах зубчатого колеса.
Радиальное биение среднего диаметра вершин зубьев — наибольшая разность
расстояний от поверхности вершин зубьев в средней плоскости до рабочей оси
вращения заготовки.
Радиус конического зубчатого колеса — радиус концентрической окружности
конического зубчатого колеса. Примечание. Различают радиусы: внешний
делительный, средний делительный, внутренний делительный и другие делительные;
внешний начальный, средний начальный, внутренний начальный и другие начальные;
внешний вершин зубьев, средний вершин зубьев, внутренний вершин зубьев и дру-
797
гие вершин зубьев; внешний впадин, средний впадин, внутренний впадин и другие
впадин, а также других концентрических окружностей конического зубчатого колеса.
Разноименные поверхности зубьев — боковые поверхности зуба, одна из которых —
правая, а другая — левая.
Расчетная толщина зуба исходного контура — толщина зуба данного исходного
контура, равная толщине зуба парного с ним исходного контура по их общей
делительной прямой.
Расчетная точка поверхности зуба конического зубчатого колеса — точка на
делительной линии зуба, через которую должна пройти активная действующая
линия поверхности зуба конического зубчатого колеса с криволинейными зубьями.
Расчетное сечение конического зубчатого колеса — торцовое или нормальное
сечение конического зубчатого колеса, в котором профиль зуба и его размеры полностью
соответствуют стандартному или принятому исходному контуру, а окружной или
нормальный модуль и угол наклона зуба являются заданными. Примечание. В качестве
расчетных сечений могут приниматься, например: в конических зубчатых колесах с
прямыми зубьями — внешнее торцевое сечение; в конических зубчатых колесах с
тангенциальными зубьями — внешнее нормальное сечение, в конических зубчатых
колесах с круговыми зубьями — среднее или близкое к нему нормальное сечение.
Расчетный модуль конического зубчатого колеса — окружной или нормальный
делительный модуль в расчетном сечении. Примечание. 1. Расчетный модуль
конического зубчатого колеса из семейства сопряженных конических зубчатых колес,
форма и размеры зубьев которых определяются парой теоретических исходных
плоских зубчатых колес, равен модулю нормального (торцового) исходного
контура. 2. В качестве расчетного модуля могут приниматься, например: для конических
зубчатых колес с прямыми зубьями — внешний окружной делительный модуль, для
конических зубчатых колес с тангенциальными зубьями — внешний нормальный
делительный модуль, для конических зубчатых колес с круговыми зубьями — средний
нормальный делительный модуль.
Расчетный угол наклона зуба конического зубчатого колеса — делительный угол
наклона средней линии зуба или впадины конического зубчатого колеса с
криволинейными или тангенциальными зубьями в расчетном сечении. Примечание. В
качестве расчетных углов наклона зуба могут приниматься, например: для конических
зубчатых колес с тангенциальными зубьями — внешний делительный угол наклона
средней линии зуба, для конических зубчатых колес с круговыми зубьями —
средний делительный угол наклона средней линии зуба или впадины.
Секторное зубчатое колесо — воображаемое зубчатое колесо, частью которого
является зубчатый сектор.
Средняя длина общей нормали — средняя арифметическая из всех действительных
длин общей нормали по зубчатому колесу.
Средняя линия впадины — линия на однотипном соосном конусе, равноотстоящая
от ближайших разноименных линий соседних зубьев конического зубчатого колеса
на этом конусе. Примечание. 1. Различают средние линии впадины: делительную,
начальную, на конусе вершин, на конусе впадин и другие, принадлежащие,
соответственно, делительному и начальному конусам, конусу вершин, конусу впадин и
другим однотипным соосным конусам конического зубчатого колеса. 2. При
отсутствии указаний «средняя линия впадины» рассматривается на делительном конусе и
в этом случае слово «делительная» в термине может быть опущено.
798
Средняя линия зуба — линия на однотипном соосном конусе, равноотстоящая от
разноименных линий зуба конического зубчатого колеса на этом конусе.
Примечание. 1. Различают средние линии зуба: делительную, начальную, на конусе вершин,
на конусе впадин и другие, принадлежащие, соответственно, делительному и
начальному конусам, конусу вершин зубьев, конусу впадин и другим однотипным
соосным конусам конического зубчатого колеса. 2. При отсутствии указаний
«средняя линия зуба» рассматривается на делительном конусе и в этом случае слово
«делительная» в термине может быть опущено.
Срезание зуба — срезание части номинальной поверхности у вершины зуба
обрабатываемого зубчатого колеса в результате интерференции зубьев при станочном
зацеплении.
Станочное зацепление — зубчатое зацепление производящего колеса с
обрабатываемым зубчатым колесом.
Тело зубчатого колеса — часть зубчатого колеса, которая вместе с зубьями
образует зубчатое колесо.
Теоретическая поверхность зуба — каждая из двух поверхностей, обеспечивающих
при их взаимодействии заданное передаточное отношение, части которых
используются для образования зубчатого зацепления.
Теоретическая толщина зуба — расстояние между разноименными профилями
или линиями зуба каждого из зубчатых колес передачи, необходимое для
беззазорной передачи, получаемое при станочном зацеплении каждого зубчатого колеса с
соответствующим зубчатым колесом пары теоретических исходных производящих
колес. Примечание. Теоретическая толщина зуба зубчатого колеса может быть
угловой, окружной, нормальной, осевой толщинной и любым другим расстоянием
между разноименными профилями или линиями зуба.
Теоретическое исходное зубчатое колесо — каждое из зубчатых колес с
совпадающими боковыми поверхностями, принятых в качестве базовых для определения
теоретических форм и размеров зубьев семейства зубчатых колес, представителем
которого оно является.
Теоретическое исходное плоское колесо — каждое из совпадающих плоских
колес, принятых в качестве базовых для определения теоретических формы и
размеров зубьев семейства конических зубчатых колес, представителем которого оно
является.
Технологическая ось зубчатого колеса — ось зубчатого колеса, вокруг которой
оно вращается в процессе окончательной обработки зубьев по обеим их сторонам.
Толщина по хорде зуба конического зубчатого колеса — длина хорды,
соответствующая нормальной толщине зуба конического зубчатого колеса. Примечание.
Различают толщины по хорде зуба: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие
делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие начальные и другие,
соответствующие внешней, средней, внутренней и другим нормальным делительным;
внешней, средней, внутренней и другим нормальным начальным толщинам зуба
конического зубчатого колеса.
Торец зубчатого венца — одна из поверхностей, ограничивающих ширину
зубчатого венца в радиальном направлении от оси кольца, равном половине диаметра
дорожки качения внутреннего кольца.
Торцовое сечение зубчатого колеса — сечение зубчатого колеса плоскостью,
перпендикулярной к его оси, или соосной конической поверхностью, образующая ко-
799
торой нормальна к образующей делительной или начальной поверхности
конического зубчатого колеса конической передачи. Примечание. При отсутствии
указаний торцевое сечение соответствует делительной поверхности конического
зубчатого колеса.
Торцовое сечение конического зубчатого колеса — сечение конического зубчатого
колеса делительным (начальным) дополнительным конусом. Примечание.
Различают внешнее, среднее, внутреннее и другие торцовые сечения конического зубчатого
колеса, соответствующие сечениям его внешним, средним, внутренним и другими
делительными (начальными) дополнительными конусами.
Торцовый профиль зуба плоского колеса — профиль зуба в торцовом сечении
боковой поверхности зуба плоского колеса.
Торцовый теоретический исходный контур — контур зубьев условной рейки
идентичной развертке на плоскость торцового сечения теоретического исходного
плоского колеса. Примечание. 1. Различают внешний, средний, внутренний
торцовые теоретические исходные контуры, соответствующие разверткам на плоскость
внешнего, среднего и внутреннего торцовых сечений теоретического исходного
плоского колеса. 2. Внешний торцовый теоретически исходный контур принимают
в качестве стандартного для конических зубчатых колес с прямыми зубьями. 3. Для
стандартного внешнего торцового теоретического исходного контура применяют
термин «исходный контур».
Точечный контакт зубьев — соприкосновение боковых поверхностей двух
взаимодействующих зубьев в точке.
Точка притупления продольной кромки зуба — общая точка главного или
номинального профиля зуба и его линии притупления.
Точность (обработки) зубчатого колеса — соответствие действительных
значений геометрических и функциональных параметров изготовленного зубчатого
колеса, рейки их расчетным (номинальным) значениям.
Угловая толщина зуба в нормальном сечении — расчетная величина, равная
отношению нормальной толщины зуба конического зубчатого колеса к радиусу
кривизны эллипса в точке пересечения однотипного соосного конуса плоскостью,
нормальной к лежащей на нем средней линии зуба. Примечание. Различают угловые
толщины зуба в нормальном сечении: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие
делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие начальные и другие,
соответствующие внешней, средней, внутренней и другим делительным; внешней,
средней, внутренней и другим начальным и другим нормальным толщинам зуба
конического зубчатого колеса.
Угловая толщина зуба в торцовом сечении — центральный угол концентрической
окружности конического зубчатого колеса, соответствующий окружной толщине
его зуба. Примечание. Различают угловые толщины зуба в торцовом сечении:
внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю,
внутреннюю и другие начальные и другие, соответствующие внешней, средней,
внутренней и другим делительным; внешней, средней, внутренней и другим
начальным и другим окружным толщинам зуба конического зубчатого колеса.
Угловая частота гармонических колебаний — производная по времени от фазы
гармонических колебаний, равная частоте, умноженной на 2п.
Угловая ширина впадины в нормальном сечении — расчетная величина, равная
отношению нормальной ширины впадины конического зубчатого колеса к радиусу
800
кривизны эллипса в точке пересечения однотипного соосного конуса плоскостью
нормальной к лежащей на нем средней линии впадины. Примечание. Различают
угловые ширины впадины в нормальном сечении: внешнюю, среднюю,
внутреннюю и другие делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие начальные
и другие, соответствующие внешней, средней, внутренней и другим делительным;
внешней, средней, внутренней и другим начальным и другим нормальным ширинам
впадин конического зубчатого колеса.
Угловая ширина впадины в торцовом сечении — центральный угол
концентрической окружности конического зубчатого колеса, соответствующий окружной
ширине впадины конического зубчатого колеса. Примечание. Различают угловые
ширины впадины в торцовом сечении: внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие
делительные; внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие начальные и другие,
соответствующие внешней, средней, внутренней и другим делительным; внешней,
средней, внутренней и другим начальным и другим окружным ширинам впадин
конического зубчатого колеса.
Угловой боковой зазор зубчатой передачи — угол свободного поворота одного из
зубчатых колес передачи при неподвижном парном зубчатом колесе, определяемый
боковым зазором этой передачи.
Угол делительного конуса конического зубчатого колеса — угол между осью
конического зубчатого колеса и образующей его делительного конуса — острый для
зубчатых колес с внешними зубьями и тупой для зубчатых колес с внутренними
зубьями.
Угол делительной головки зуба конического зубчатого колеса — угол между
образующими конуса вершин зубьев и делительного конуса конического зубчатого
колеса в его осевом сечении.
Угол делительной ножки зуба конического зубчатого колеса — угол между
образующими делительного конуса и конуса впадин конического зубчатого колеса в его
осевом сечении.
Угол конуса вершин зубьев — угол между осью конического зубчатого колеса и
образующей его конуса вершин — острый для внешних и тупой для внутренних
зубьев.
Угол конуса впадин — угол между осью конического зубчатого колеса и
образующей его конуса впадин — острый для внешних и тупой для внутренних зубьев.
Угол коррекции — угол, определяющий положение корректирующей массы в
системе координат, связанной с осью ротора.
Угол наклона активной действующей линии поверхности зуба — угол между
положительными направлениями касательных в расчетной точке к делительной
линии зуба и активной действующей линии поверхности зуба конического зубчатого
колеса с криволинейными зубьями. Примечание. За положительное направление
касательных принимают: к делительной линии зуба — направление от вершины
конического зубчатого колеса к его внешнему торцу; к активной действующей
линии поверхности зуба — направление от ножки зуба к его головке.
Угол наклона делительной линии зуба плоского колеса — острый угол между
пересекающимися в данной точке касательной к делительной линии зуба плоского
колеса и радиусом концентрической окружности. Примечание. Различают внешний,
средний, внутренний и другие углы наклона делительной линии зуба плоского
колеса в точках, принадлежащих соответственно внешней, средней, внутренней, и
другим делительным окружностям.
801
Угол наклона делительной средней линии впадины плоского колеса — острый угол
между пересекающимися в данной точке делительной средней линии впадины и
линией пересечения делительной плоскости плоского колеса плоскостью,
проходящей через его ось. Примечание. Различают внешний, средний, внутренний и другие
углы наклона средней линии впадины плоского колеса соответственно в точках,
принадлежащих внешней, средней, внутренней и другим делительным окружностям
плоского зубчатого колеса.
Угол наклона линии зуба бета — острый угол (дополнительный, до 90°) между
пересекающимися в данной точке линией зуба и линией пересечения соосной
поверхности зубчатого колеса, которой принадлежит эта линия зуба, с плоскостью
осевого сечения. Примечание. 1. Различают делительный, начальный и другие углы
наклона линии зуба, соответствующие делительной, начальной и другим линиям зуба.
2. При отсутствии указаний угол наклона соответствует теоретической линии зуба.
Угол наклона площадки контакта — открытый угол между большой осью
площадки контакта и делительной линией зуба в расчетной точке конического
зубчатого колеса с криволинейными зубьями.
Угол наклона средней линии зуба — острый угол между пересекающимися в
данной точке средней линией зуба и образующей однотипного соосного конуса,
которому принадлежит эта средняя линия зуба. Примечание. 1. Различают внешний,
средний, внутренний и другие углы наклона делительной средней линии зуба;
внешний, средний, внутренний и другие углы наклона начальной средней линии
зуба и углы наклона других средних линий зуба соответственно в точках на
внешней, средней, внутренней и других делительных; на внешней, средней, внутренней и
других начальных и на других концентрических окружностях. 2. При отсутствии
указаний имеются в виду углы наклона делительной средней линии зуба, и в этом
случае в термине могут быть опущены слова «делительной средней линии»,
например, «внешний угол наклона зуба» вместо «внешний угол наклона делительной
средней линии зуба».
Угол начальной головки конического зубчатого колеса — угол между
образующими конуса вершин и начального конуса конического зубчатого колеса.
Угол начальной ножки зуба конического зубчатого колеса — угол между
образующими начального конуса и конуса впадин.
Угол нормального профиля зуба плоского колеса — острый угол между
касательной к нормальному профилю зуба плоского колеса в данной точке и прямой,
параллельной оси плоского колеса, проходящей через эту точку. Примечание. 1.
Различают углы нормального профиля зуба плоского колеса: внешний, средний,
внутренний и другие делительные и другие, соответствующие точкам на внешней, средней,
внутренней и других делительных окружностях и на других концентрических
окружностях, расположенных в плоскостях, параллельных делительной плоскости
плоского колеса. 2. При отсутствии указаний имеются в виду делительные углы
нормального профиля зуба плоского колеса, и в этом случае в термине может быть
опущено слово «делительный», например, «внешний угол нормального профиля
зуба плоского зубчатого колеса» вместо «внешний делительный угол нормального
профиля зуба плоского зубчатого колеса».
Угол осевого перекрытия зубчатого колеса конической передачи — угол
поворота зубчатого колеса с тангенциальными или криволинейными зубьями, при котором
общая точка контакта зубьев переместится по начальной линии зуба
рассматриваемого зубчатого колеса от одного его торца до другого.
802
Угол основного профиля витка — угол между основным профилем витка эволь-
вентного червяка и прямой, составляющей с осью червяка прямой угол
скрещивания. Примечание. Угол прямолинейного основного профиля витка эвольвентного
червяка равен основному углу подъема линии витка.
Угол перекрытия зубчатого колеса (передачи) — угол поворота зубчатого колеса
передачи от положения входа зуба в зацепление до выхода его из зацепления.
Примечание. При отсутствии указаний имеется в виду угол перекрытия,
соответствующий главным поверхностям взаимодействующих зубьев.
Угол подъема линии витка — острый угол между касательной в данной точке к
линии витка и плоскостью торцового сечения червяка. Примечание. 1. Различают
делительный и начальный углы подъема, соответствующие делительной и
начальной линиям витка, угол подъема вершин витка и впадин, соответствующие линиям
вершин витка и впадин, и другие углы подъема, соответствующие другим линиям
витка. 2. Различают у глобоидного червяка максимальный угол подъема и другие
углы подъема соответственно в точках пересечения линии витка со средней
плоскостью червяка и плоскостями других торцовых сечений. 3. При образовании
терминов видовых понятий угла подъема линии витка глобоидного червяка перед
термином родового понятия последовательно добавляются слова, определяющие линию
витка и торцовое сечение червяка, например, «делительный максимальный угол
подъема линии витка глобоидного червяка».
Угол профиля в нормальном сечении витка — острый угол между касательной в
данной точке к профилю витка в нормальном сечении витка и прямой,
перпендикулярной оси червяка, на которой находится точка пересечения средней линии витка и
плоскости, нормальной к этой линии.
Угол профиля зуба (альфа) — острый угол в выбранном сечении между
касательной к профилю зуба в данной точке и линией кратчайшего расстояния по
поверхности сечения от этой точки до оси зубчатого колеса. Примечание. Различают
делительный, начальный и другие углы профиля зуба, соответствующие точкам на
делительной, начальной и на однотипных соосных поверхностях.
Угол профиля нормального (торцового) исходного контура — острый угол между
касательной к профилю зуба нормального (торцового) исходного контура в точке,
лежащей на его делительной прямой, и перпендикуляром к этой прямой.
Угол профиля производящей поверхности — острый угол между касательной в
заданной точке к профилю производящей поверхности вращения в ее осевом
сечении и осью этой поверхности, образуемой пальцевым или чашечным инструментом,
или угол дополнительный до 90°, к этому острому углу у производящей
поверхности, образуемой дисковым инструментом.
Угол сходимости линий дна впадины конического зубчатого колеса с прямыми
зубьями — угол, приближенно равный половине угла, образуемого линиями зуба
производящего колеса на поверхности его вершин в станочном зацеплении с
коническим зубчатым колесом с прямыми зубьями.
Угол сходимости линий основания зуба конического зубчатого колеса с
прямыми зубьями — угол, приближенно равный половине угла, образуемого
разноименными линиями двух соседних зубьев производящего колеса на поверхности его
вершин в станочном зацеплении с коническим зубчатым колесом с прямыми зубьями.
Угол торцового перекрытия зубчатого колеса конической передачи — угол
поворота зубчатого колеса соответствующей эквивалентной цилиндрической передачи от
положения входа в зацепление торцового профиля его зуба до выхода из зацепле-
803
ния. Примечание. 1. Различают углы внешнего, среднего и внутреннего торцового
перекрытия зубчатого колеса конической передачи, соответствующие внешней,
средней и внутренней эквивалентным цилиндрическим передачам. 2. При
отсутствии указаний угол торцового перекрытия зубчатого колеса конической передачи
относят к расчетному сечению, и в этом случае в термине слова «внешнего»,
«среднего» или «внутреннего» опускают.
Угол торцового профиля зуба плоского колеса — острый угол между касательной
к торцовому профилю зуба плоского колеса в данной точке и образующей
дополнительного цилиндра плоского колеса, проходящей через эту точку. Примечание.
1. Различают углы торцового профиля зуба плоского колеса: внешний, средний,
внутренний и другие делительные и другие, соответствующие точкам на внешней,
средней, внутренней и других делительных окружностях и на других
концентрических окружностях, расположенных в плоскостях, параллельных делительной
плоскости плоского колеса. 2. При отсутствии указаний имеются в виду делительные
углы торцового профиля, и в этом случае в термине может быть опущено слово
«делительный», например, «средний угол торцового профиля» вместо «средний
делительный угол торцового профиля».
Установочные размеры при обкаточном контроле пары — установочные
размеры пары зубчатых колес, установленных на шпинделях контрольно-обкатного
станка, при которых обеспечивается положение пары, соответствующее требуемым
условиям зацепления по расположению, форме и размерам пятна контакта и
кинематическим свойствам.
Фаза зацепления — угол поворота зубчатого колеса передачи относительно
выбранного начального положения, определяющий картину зацепления в данный
момент времени.
Ход зуба — расстояние по соосной поверхности между двумя положениями точки,
образующей линию винтового зуба, соответствующими ее полному обороту вокруг
оси зубчатого колеса.
Ширина зубчатого венца конического зубчатого колеса — расстояние между
внешним и внутренним торцовыми сечениями конического зубчатого колеса.
Ширина продольной модификации у торца зуба — расстояние от начальной точки
продольной модификации зуба до торца зубчатого колеса.
Эвольвентная коническая зубчатая передача — коническая зубчатая передача со
сферическим эвольвентным зацеплением.
Эквивалентная коническая передача — ортогональная коническая передача,
имеющая одинаковую с данной неортогональной передачей эквивалентную
цилиндрическую зубчатую передачу.
Эквивалентная цилиндрическая передача — эвольвентная цилиндрическая
зубчатая передача, размеры и форма зубьев зубчатых колес которой в главном сечении
практически идентичны размерам и форме зубьев зубчатых колес конической
передачи в сечении их начальными дополнительными конусами, определяемом заданным
начальным конусным расстоянием. Примечание. 1. Радиусы начальных
окружностей шестерни и колеса эквивалентной цилиндрической передачи равны длинам
образующих начальных дополнительных конусов шестерни и колеса конической
804
зубчатой передачи, соответствующих заданному начальному конусному
расстоянию. 2. Различают внешнюю, среднюю, внутреннюю и другие эквивалентные
цилиндрические передачи, соответствующие внешнему, среднему, внутреннему и
другим начальным конусным расстояниям конической зубчатой передачи. 3. При
отсутствии указаний эквивалентная цилиндрическая передача соответствует
начальному конусному расстоянию до расчетного сечения, в термине эквивалентной
цилиндрической передачи, соответствующей расчетному сечению, слова
«внешняя», «средняя» и «внутренняя» опускаются.
■ П.З. Определения и обозначения цилиндрических зубчатых колес,
установленные государственными стандартами РФ
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
1. Понятия, относящиеся к зубчатому колесу
Зубчатый сектор — зубчатое
звено, представляющее собой
сектор зубчатого колеса
Секторное зубчатое колесо —
воображаемое зубчатое колесо,
частью которого является зубчатый
сектор
Зубчатое колесо — зубчатое звено
с замкнутой системой зубьев,
обеспечивающее непрерывное
движение другого зубчатого звена
Угол зубчатого сектора —
максимально возможный угол
поворота зубчатого сектора при
взаимодействии с зубчатым колесом
Тело зубчатого колеса — часть
зубчатого колеса, которая вместе с
зубьями образует зубчатое колесо
Зубчатый венец — часть
зубчатого колеса, содержащая все зубья,
связанные друг с другом
прилегающей к ним поверхностью тела
зубчатого колеса
Впадина — пространство между
соседними зубьями зубчатого
колеса, ограниченное поверхностью
вершин и впадин
—
ф*
—
1, Зубчатый сектор
А?Тг 1 ^Чу^ Зубчатое колесо
-^--U^^ Зубчатое колесо
л?МГг»^>еч Зубчатый сектор
Без
обозначения
То же
»
Торцовое "ч_И" ~V
ЛСУдДТ^ЗэтЗ-/ впадина поверхность
<С*Т/ \|'Ч/К5^« У \ вершин
Боковая ^ ^s \/\
поверхность Д"° nooeDxuocTb
зиба впадины поверхность
*'иа впадин
Поверхности и сечения зубчатого колеса
Соосная поверхность зубчатого
колеса — поверхность вращения,
ось которой совпадает с остью
зубчатого колеса
Делительная поверхность
зубчатого колеса — соосная
поверхность зубчатого колеса, которая
является базой для определения
элементов зубьев и их размеров
—
Однотипная Однотипная
соосная соосная
\ Делительная *
»
»
806
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Поверхность впадин зубчатого
колеса — соосная поверхность,
отделяющая зубья от тела
зубчатого колеса
Поверхность вершин зубчатого
колеса — соосная поверхность,
ограничивающая зубья со стороны,
противоположной телу зубчатого
колеса
Поверхность
вершин
Без
обозначения
То же
Поверхность
впадин
Торец зубчатого венца — одна из
поверхностей, ограничивающих
ширину зубчатого венца
Торец венца
Торец зуба — часть торца
зубчатого венца, принадлежащая зубу
Торец зуба
Торец вен
Объемные элементы и поверхности зуба
Делительная головка (ножка)
зуба — часть зуба, заключенная
между делительной поверхностью
зубчатого колеса и его
поверхностью вершин (впадин)
Вершина (основание) зуба —
часть поверхности вершин
(впадин) зубчатого колеса
Дно впадины — часть
поверхности впадин зубчатого колеса,
заключенная между основаниями
соседних зубьев
Боковая поверхность головки
(ножки) зуба — поверхность,
ограничивающая зуб со стороны
впадины
Поверхность головки (ножки)
зуба — часть боковой поверхности
зуба, лежащая между
поверхностью вершин (впадин) и делитель-
ной поверхностью
Вершина а
Вершина
Основание / jjk
м. Головка
/%4Д т*-. Делительная
ff X поверхность
/ /*" ножка
Поверхность
вп адин
Поверхность
вершин
г \ уг Поверхность
уг впадин
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Теоретическая поверхность
зуба — каждая из двух
поверхностей, обеспечивающих при их
взаимодействии заданное
передаточное отношение, части которых
используются для образования
зубчатого зацепления
Предельная линия
теоретической поверхности зуба — каждая
из линий, ограничивающих
теоретические поверхности зубьев, при
условии обеспечения заданного
передаточного отношения
Действующая линия
теоретической поверхности зуба — линия
на теоретической поверхности зуба
зубчатого колеса, по которой при
точечном контакте происходит
взаимодействие с теоретической
поверхностью зуба парного
зубчатого колеса
Предельная точка действующей
линии теоретической
поверхности зуба — каждая из точек,
ограничивающих действующую линию
теоретической поверхности зуба
Главная поверхность зуба —
наибольшая часть боковой
поверхности зуба, которая является частью
теоретической поверхности
Номинальная поверхность зуба
— главная поверхность зуба или
поверхность, полученная в
результате ее модификации, от которой
отсчитываются погрешности
изготовления
Переходная поверхность зуба —
часть боковой поверхности зуба,
соединяющая главную или
номинальную поверхность с
поверхностью впадин
Обозначение
—
—
—
Эскиз
Теоретическая
поверхность
Предельная /\^rf
линия У^\л
у N У^ / Предельная
\\( / линия
Предельна
точка ^
Я у\
. У^ V—Теоретическая
jfr' \ поверхность
У^ Г^1^ действующая
/ \/ линия
Ч. уУ Предельная
/ точка
Теоретическая / \ Главная
поверхность / -Л поверхность
Главная поверхность
Уу\\ Переходная
j^r \s поверхность
/.Уий^'у^ Поверхность
J' ту^г впадин
Примечание
Без
обозначения
То же
»
»
»
»
»
808
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Поверхность притупления
продольной кромки зуба —
поверхность, соединяющая вершину и
главную или номинальную
поверхность зуба, образованная
после притупления продольной
кромки
Правая (левая) поверхность
зуба — боковая поверхность зуба,
расположенная справа (слева) от
наблюдателя, смотрящего на зуб,
обращенный вершиной вверх со
стороны выбранного торца
Рабочая (нерабочая) сторона
зуба — боковая поверхность зуба,
участвующая (не участвующая) в
передаче движения
Обозначение
—
—
Эскиз
Поверхность
./притупления
Вершина У^Й^
\^^<й|Р\ главная
S*Jffif s\ поверхность
&W /
Г\ /
I \х
J v
j0\ jjl Левая Правая
V^ f\vf ЩсШАлу^
Одноименные
/ Рабочая
_ iS j поверхность
Нерабочая J^- s*)sf
поверхность ! j />X
т
Примечание
Без
обозначения
То же
»
Линия зуба и виды зубьев
Линия зуба — линия пересечения
боковой поверхности зуба с
делительной, начальной или
однотипной соосной поверхностью
зубчатого колеса
Угол наклона линии зуба —
острый угол (дополнительный до 90°)
между пересекающимися в данной
точке линией зуба и линией
пересечения соосной поверхности
зубчатого колеса, которой
принадлежит эта линия зуба, с плоскостью
осевого сечения (с плоскостью
торцового сечения)
Кромка зуба — линия пересечения
двух поверхностей зуба, которыми
могут быть боковая поверхность,
поверхность вершин и торец зуба
Линия заострения зуба — линия
пересечения разноименных
теоретических поверхностей одного
зуба
—
P(Y)
—
—
Однотипная
соосная
ГЛ
S/ уг уг линия
^J <СГ* Номинал t
поверхнс
Соосная повер)
IHOCTb /
^^^^ У
//>/ у
\4£
X IS \
£А
авная
5ерхность
зуба
ная
сть
Линия
^* ,зуба
/осевое сечение
Вершина ——
\/у^у" Кромка
T°PfieU-^\ Л—Боковая
зуоа ^r \ \. поверхность
Кромка'/ Г\
-/ V- Кромка
Линия j&/\
заострения ^dy[ \
Теоретическая Жу \ \
поверхность ^СД/^ У
»
Без
обозначения
Тоже
809
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Прямой зуб — зуб, делительная
теоретическая линия которого
лежит в плоскости осевого сечения
зубчатого колеса
Осевое
сечение
Прямой зуб/^*— Линия
' зуба
Без
обозначения
Делительная
поверхность
Винтовой зуб— зуб,
теоретическая линия которого образована
сложным движением по линии
пересечения той поверхности с
плоскостью осевого сечения
зубчатого колеса и равномерным враще-
нием вокруг его оси
То же
Криволинейный зуб — зуб,
теоретическая линия которого отлична
от теоретической линии прямого и
винтового зуба
Криволинейный
зуб
Делительная
поверхность
Правый {левый) зуб — зуб,
имеющий теоретические линии, точки
на которых движутся по часовой
стрелке (против часовой стрелки)
при удалении от наблюдателя,
смотрящего со стороны выбранно-
го торца
правый зуб
Линия
зуба
Линия
зуба. Левый зуб
*
Профиль зуба
Профиль боковой поверхности
зуба — линия пересечения боковой
поверхности зуба и заданной
поверхности, отличной от
делительной, начальной и однотипной со-
осных поверхностей
Боковая
поверхность
Профиль
Нормальный профиль зуба —
линия сечения боковой
поверхности зуба плоскостью, нормальной к
линии зуба
Боковая
поверхность
Одноименные (разноименные)
профили зубьев — профили
зубьев, расположенные на их
одноименных (разноименных)
поверхностях
Разноименные
профили
Одноименные
профили
Разноименные
поверхности
Одноименные
поверхности
810
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Рабочий (нерабочий) профиль
зуба — профиль зуба,
расположенный на его рабочей (нерабочей)
стороне
Угол профиля зуба — острый угол
в выбранном сечении между
касательной к профилю зуба в данной
точке и линией кратчайшего
расстояния по поверхности сечения от
этой точки до оси зубчатого колеса
Радиус кривизны профиля зуба в
точке
Предельная точка профиля
зуба — точка пересечения
теоретического профиля зуба с
предельной линией его теоретической
поверхности
Граничная точка профиля
зуба — общая точка главного или
номинального профиля зуба и его
переходной кривой
Переходная кривая зуба с
поднутрением — переходная кривая
зуба, которая располагается в его
теле при воображаемом
продолжении главного или номинального
профиля зуба по направлению к
поверхности впадин зубчатого
колеса
Радиус кривизны переходной
кривой зуба в точке
Линия притупления продольной
кромки зуба — часть профиля
зуба, расположенная в пределах
поверхности притупления
продольной кромки зуба
Точка притупления продольной
кромки зуба — общая точка
главного или номинального профиля
зуба и его линии притупления
Обозначение
а
Р
Pi
—
Эскиз
Нерабочая /] J Уу7 Рабочая
CTOPOHa^^wCT0POHa
НвР^ИЙ / Рабочий
профиль 1 / профиль
а ,
/ Y /" ^ Профиль
/ /
/Яйк/ Профиль
Предельная у\
точка m~~J\s}±
Предельная -~~-/уУ\ \
линия \ууг \ \
/\ \/Y*** Предельная
/ \ /YS линия
/ Уд^Профиль
У Предельная
точка
профиль jyr \
граничная S}?\ .dk- Переходная
линия r\\jgP^ поверхность
/ \i&^ Переходная
/ ^v кривая
0? ^1 Переходная
ziv' кривая
V ^\> переходная
V&—" кривая
поверхность
притупления >^^\
Линия J\/yyy\
притупления yOw/ \
^ - Точка
/ у \ притупления
/ \ V" профиль
Примечание
Без
обозначения
—
Без
обозначения
То же
»
—
Без
обозначения
То же
811
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Радиус кривизны линии
притупления продольной кромки зуба
Обозначение
Рх
Эскиз
Jl* Линия
ф^ притупления
Примечание
—
Модификация зуба
Модификация поверхности зуба
— преднамеренное отклонение
поверхности зуба от главной
поверхности, осуществляемое для
компенсации действия факторов,
отрицательно влияющих на работу
зубчатой передачи
Продольная модификация зуба —
модификация зуба по линии зуба
Модификация у торца зуба —
продольная модификация зуба, в
результате которой номинальная
линия зуба начинает в заданной
точке отклоняться от его
теоретической линии с монотонным
возрастанием отклонения по мере
удаления от этой точки к торцу зуба
Линия продольной модификации
зуба — участок номинальной
линии зуба зубчатого колеса,
образованный продольной модификацией
зуба
Ширина продольной
модификации у торца зуба — расстояние от
начальной мочки продольной
модификации зуба до торца зубчатого
колеса
Глубина продольной
модификации линии зуба — наибольшее
расстояние до линии продольной
модификации зуба от его
теоретической линии по однотипной соос-
ной поверхности
—
bs
4
Главная
У^^/* поверхность
Г \yr ^f Номинальная
/ \{^г~' поверхность
2жГ J^ f _ Линия зуба
/ Vj*4 Линия продольной
* модификации
/^£VL—Линия продольной
// \\\ модификации
#
/№&*
/V
Без
обозначения
Тоже
»
»
—
812
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Профильная модификация
зуба — модификация поверхности
зуба по профилю зуба
Модификация профиля головки
{ножки) зуба профильная
модификация зуба, в результате которой
номинальный профиль зуба
начинает в заданной точке отклоняться
от теоретического профиля с
монотонным возрастанием отклонения
по мере удаления от этой точки к
вершине (основанию) зуба
Линия модификации головки
{ножки) зуба — участок
номинального профиля зуба,
образованный при модификации головки
(ножки)
Начальная точка модификации
головки {ножки) зуба — общая
точка теоретического профиля зуба
и линии модификации головки
(ножки)
Глубина модификации профиля
головки {ножки) зуба —
наибольшее расстояние до линии
модификации головки (ножки) зуба от его
теоретического профиля по линии
пересечения соосной поверхности
зубчатого колеса с поверхностью, в
которой лежит профиль зуба
Нормальная глубина
модификации профиля головки (ножки)
зуба — наибольшее расстояние до
линии модификации головки
(ножки) зуба от теоретического
профиля по нормали к нему
Обозначение
—
Дол
(V)
Эскиз
Примечание
Линия модификации головки
Начальная \ ^^ Модификация
точка \/AKLs^ головки
модифик ации УлвйзЛ
головки ,*ччч/^я§§улХ^'-Модификация
модификации - /^аУ^^ДЩЮ^
ножки /^^yjJfRXf** Начальная
/ 1W5' \ модификации
Профиль
I
Точка ''уууууЧ \"""~ гху/j
притупления v^V7/V\ vY/s
Линия *""""\V/yyyv v9fv
модификации vvyyyL ^v
Начальная"-""" ^^>yl
точка ^^4*
модификации -*■
головки
Начальная
точка
модификации
/головки
/ Начальная
точка
модификации
/ ножки
Начальная
^ / точка
W модификации
/ ножки
1уЛИНИЯ
У модификации
1 - Предельная
^^ точка
,d профиля
813
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Окружности, диаметры и радиусы зубчатого колеса
Концентрическая окружность
зубчатого колеса — окружность с
центром на оси зубчатого колеса,
лежащая в торцовом сечении
Диаметр (радиус) зубчатого
колеса — диаметр (радиус)
концентрической окружности зубчатого
колеса
Диаметр окружности граничных
точек зубчатого колеса —
диаметр концентрической окружности
зубчатого колеса, проходящей
через граничные точки профилей
зубьев
Диаметр окружности
притуплённых кромок зубчатого
колеса — диаметр
концентрической окружности зубчатого колеса,
проходящей через точки
притупления продольных кромок зубьев
Диаметр окружности
модификации головок (ножек) зубьев
зубчатого колеса — диаметр
концентрической окружности зубчатого
колеса, проходящей через
начальные точки линии модификации
головок (ножек) зубьев
Ходы,
Ход зуба — расстояние по соосной
поверхности между двумя
положениями точки, образующей линию
винтового зуба,
соответствующими ее полному обороту вокруг оси
зубчатого колеса
—
d(r)
rfi
dk
d,
Ц)
Граничная //\ Переход"3"
точка у/ \ поверхность
профиля // \ /
Д^\шуу
-г\ /Шг~-
I ^w%r I
J \? А
'
Поверхность
fwj притупления
//м!у\{ притупления
'—~~Р$у\~~1;
1\ V »7
У V /
Без
обозначения
—
—
—
Начальные точки линии
f^t. 1 /^^— модификации головки
[ \ ! / -Ц-^^г Начальные точки линии
К Ъ1лг и\^\ модификации ножки
j Ъь/ьу**
i //
\ //
X
шаги и модули зубьев
Рг
ч//3
К 7
/ \
у/\у j
^—Линия зуба
<■' vfx
\\ )У Виктовой
Х^—?у зуб
—
814
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Окружной шаг зубьев —
расстояние между одноименными
профилями соседних зубьев по дуге
концентрической окружности
зубчатого колеса
Осевой шаг зубьев — расстояние
между одноименными линиями
соседних винтовых зубьев по
линии пересечения плоскости
осевого сечения зубчатого колеса с его
делительной, начальной или
однотипной соосной поверхностью
Нормальный шаг зубьев —
кратчайшее расстояние по
делительной, начальной или однотипной
соосной поверхности зубчатого
колеса между эквидистантными
одноименными теоретическими
линиями соседних зубьев
Угловой шаг зубьев —
центральный угол концентрической
окружности зубчатого колеса
Толщины зуб
Окружная толщина зуба
{ширина впадины) зубчатого колеса —
расстояние между разноименными
профилями зуба (между)
ближайшими разноименными профилями
(соседних зубьев) по дуге
концентрической окружности зубчатого
колеса
Угловая толщина зуба {ширина
впадины) зубчатого колеса —
центральный угол
концентрической окружности зубчатого колеса,
соответствующий окружной
толщине зуба (ширине впадины)
зубчатого колеса
Обозначение
Pi
Рх
Рп
т
Эскиз
/
Осевое
/сечение
/ Л
Рх
Р,\У^
х\ъЛ
1^Чь^р"
/ /
Wy /
/w\t/ V(
/ Делительная
поверхность
Примечание
—
—
—
—
ьев и ширины впадин колеса
5,
(е.)
2ф
(2Т1)
.Л Осевое
/ у сечение
/ Л s*
г—~femm /
1 ^ОпШшпгЛ V'
• JtrC/Л\sfnfll/lr ' * Делительная
1 ^fi^$\</\wliff''f / поверхность
гдТ
гч
/
^ /
L_v
815
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Осевая толщина зуба {ширина
впадины) зубчатого колеса —
расстояние между разноименными
линиями винтового зуба (между
ближайшими разноименными
линиями соседних винтовых зубьев)
зубчатого колеса по линии
пересечения плоскости его осевого
сечения с делительной, начальной или
однотипной соосной поверхностью
Нормальная толщина зуба
{ширина впадины) зубчатого
колеса — расстояние по делительной,
начальной или однотипной соосной
поверхности зубчатого колеса с
эквидистантными теоретическими
линиями зубьев между
разноименными номинальными линиями зуба
(между ближайшими
разноименными номинальными линиями
соседних зубьев), измеренное по
линии кратчайшего расстояния
между теоретическими линиями зубьев
Обозначение
(ех)
sn
(ел)
Эскиз
/
Осевое сечение /
/' /И У
/' Jul
/' zn\\
vmlri
~\*7^^У i
v....\
Делительная
поверхность
\\
//
//
//
//
У
Примечание
—
2. Понятия, относящиеся к зубчатому зацеплению и зубчатой передаче
Зубчатое зацепление и зубчатая передача
Зубчатая передача — трехзвен-
ный механизм, в котором два
подвижных звена являются зубчатыми
колесами, образующими с
неподвижным звеном вращательную или
поступательную пару
Сопряженные поверхности
зубьев — поверхности
взаимодействующих зубьев, обеспечивающие
постоянное передаточное отношение
Ведущее зубчатое колесо —
зубчатое колесо передачи, которое
сообщает движение парному
зубчатому колесу
Ведомое зубчатое колесо —
зубчатое колесо передачи, которому
сообщает движение парное
зубчатое колесо
—
—
Сопряженные
поверхности
Ведущее ^*—■
колесо
•***^ Ведомое
колесо
Без
обозначения
То же
»
»
816
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Шестерня — зубчатое колесо
передачи с меньшим числом зубьев
Колесо — зубчатое колесо
передачи с большим числом зубьев
Обозначение
—
Эскиз
См. ведущее и ведомое
зубчатое колесо
Примечание
Без
обозначения
Тоже
Понятия, связанные с аксоидными и начальными поверхностями
Аксоидная поверхность зубчатого
колеса передачи — каждая из
поверхностей, описываемых
мгновенной осью относительно движения
зубчатых колес передачи,
относящихся к данному зубчатому колесу
Начальная поверхность
зубчатого колеса — соосная поверхность
зубчатого колеса, в любой точке
касания которой с соосной
поверхностью другого зубчатого колеса
передачи, проходящие через ее
линии зубьев или идентичными им
линии, которые имеют общую
касательную и вектор скорости
относительного движения зубчатых
колес направлен вдоль нее или
равен нулю
Начальная окружность
зубчатого колеса — каждая из взаимока-
сающихся концентрических
окружностей зубчатых колес
передачи, принадлежащая начальной
поверхности данного зубчатого
колеса
Полюсная линия зубчатой
передачи — линия касания начальных
поверхностей зубчатых колес
передачи
Полюс зацепления зубчатой
передачи — точка или одна из точек
касания начальных поверхностей
зубчатых колес передачи
Начальная головка (ножка)
зуба — часть зубчатого колеса
передачи, заключенная между
поверхностями вершин (впадин) и
начальной поверхностью
—
мгновенная
ось относительного
^-^ движения /~*\
»
Начальная Начальная
окружности*^" / \ -^"\ поверхность
Линия A/I I -*v-~V /
/ /Т\** NTi \ ] зацепления
//I V/Г \ к]/~ Начальная
/ | \ -ir^v^Ljr окружность
/ \ ^**~~~7^ Начальная
/ х^^^^^/ поверхность
Вектор скорости относительного движения
Полюсная £-
линия /7
Начальная
ножка
поверхность ^*
впадин ^d
** *4v Начальная
—-«^^ \^ поверхность
~ / \ JyC Начальная
•i ^ 1 JS у окружность
TSTf" Yt-Полюс
тг-\ J J зацепления
1/ \ Начальная
У поверхность
~. Вершина
/Y^fl^tfE" нач ал ьн ая
bmK^P^S головка
/\? начальная
/ поверхность
»
817
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Параметры зубчатой передачи и характеристики зубчатого зацепления
Межосевая линия зубчатой
передачи — прямая линия,
пересекающая оси зубчатых колес
передачи под прямым углом
Межосевое расстояние зубчатой
передачи — расстояние между
осями зубчатых колес передачи по
межосевои линии
Межосевой угол зубчатой
передачи — угол, дополнительный до
180° к углу между векторами
угловых скоростей зубчатых колес
передачи
Передаточное число зубчатой
передачи — отношения числа
зубьев колеса к числу зубьев
шестерни
Угол перекрытия зубчатого
колеса передачи — угол поворота
зубчатого колеса передачи от
положения входа зуба в зацепление
до выхода его из зацепления
Коэффициент перекрытия
зубчатой передачи — отношение
угла перекрытия зубчатого колеса
передачи к его угловому шагу
Фаза зацепления — угол поворота
зубчатого колеса передачи
относительно выбранного начального
положения, определяющий
картину зацепления в данный момент
времени
Однопарное зацепление —
зубчатое зацепление, в течение которого
происходит взаимодействие одной
пары зубьев
Верхняя (нижняя) граничная
точка однопарного зацепления —
контактная точка профиля зуба,
соответствующая началу или
окончанию однопарного зацепления
—
aw
ZjW
и
Фу
еу
Ф
—
—
^^w Ось
Межосевая
ша ^
1Ш "
a/v/Я "
£Ш*
("7? *
х^__^/
/
'^■s^/ поле зацепления
у£ ^ / поверхность
^^g бг/ вершин
J ye?s4^f/
{Y^
Граничные точки Зубчатая
верхняя нижняя паРа
Л \
\ \ Q*
к_\ '1-
бл/
Без
обозначения
—
—
—
Без
обозначения
Тоже
818
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Диаметр окружности верхних
(нижних) граничных точек од-
попарного зацепления — диаметр
концентрической окружности
зубчатого колеса, проходящий через
верхние (нижние) граничные точки
однопарного зацепления
Интерференция зубьев —
явление, состоящее в том, что при
рассмотрении теоретической картины
зубчатого зацепления часть
пространства оказывается
одновременно занятой двумя
взаимодействующими зубьями
Обозначение
du
Эскиз
М1
Примечание
Без
обозначения
Активная поверхность зуба и ее элементы, поверхность и линия зацепления
Активная поверхность зуба —
часть боковой поверхности зуба,
по которой проходит
взаимодействие с боковой поверхностью зуба
парного зубчатого колеса
Активная действующая линия
поверхности зуба — линия на
боковой поверхности зуба, по которой
происходит взаимодействие этой
поверхности с боковой
поверхностью парного зубчатого колеса при
точечном контакте
Активный профиль зуба — часть
боковой поверхности профиля
зуба, соответствующая активной
поверхности зуба
Нижняя (верхняя) точка
активного профиля зуба — точка
активного профиля зуба, наиболее
близкая к его переходной кривой (к его
вершине)
Диаметр окружности нижних
(верхних) точек активных
профилей зубьев зубчатого колеса —
диаметр концентрической
окружности зубчатого колеса,
проходящей через нижние (верхние) точки
активных профилей зубьев
dP
ш
Активная SyZSkA
поверхность хУ%00Я9Ъ у/
То же
s SJXJw* ^V^—Контактная
\ /fldr\ /^ Активная
\ь/уСр \ у действующая
Активная /yVy^o^S^Jr
поверхность ■^^S^^^/T^^/^y
Верхняя Л^^/^&лгмг S Т
точка Г/х^Я*^ х Г
Активный ш/ 1 Х^
профиль • / .£■
Нижняя точка
•/
819
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Поле зацепления зубчатой
передачи — часть поверхности зацепления
зубчатой передачи,
соответствующая активной поверхности зуба
Предельная линия поверхности
зацепления — каждая из линий,
ограничивающих поверхность
зацепления зубчатой передачи,
соответствующих предельным линиям
теоретической поверхности
Линия зацепления зубчатой
передачи — траектория общей точки
контакта зубьев при ее движении
относительно неподвижного звена
зубчатой передачи, которая при
линейном контакте определяется в
ее главном сечении
Обозначение
—
_
—
Эскиз
Примечание
Поле
Активная ^зацепления
поверхность^/ \ 1 ^^
/у^Ш&^^^^А
Предельная /УУуШлрЩШ&Л линия
'****>[^Ок0лЯЕЯЯ^^ Предельная
Предельная ^Г^Зй^/^дктивная04"*
Линия зацепления
Контакт зубьев
Контактная линия поверхности
зуба —линия на поверхности зуба
зубчатого колеса передачи, по
которой в данный момент
соприкасаются взаимодействующие зубья
Общая линия контакта зубьев —
воображаемая линия, которая в
зубчатом зацеплении последовательно
совпадает с контактными линиями
поверхностей двух
взаимодействующих зубьев зубчатых колес
передачи
Контактная точка поверхности
(профиля) зуба — одна из точек
поверхности (профиля) зуба
зубчатого колеса, в которых в данный
момент происходит взаимодействие
зубьев зубчатых колес передачи
Общая точка контакта зубьев —
воображаемая точка, которая в
зубчатом зацеплении при точечном кон
такте последовательно совпадает с
контактными точками поверхностей
двух взаимодействующих зубьев
зубчатых колес передачи, а при
линейном контакте — является точкой
общей линии контакта зубьев
—
Контактная
Общая X
точка У
1 ^4 *<г<
Контактная \у
точка
v линия
f \*/--тГ,*линия
ь <А \
\У у<*"Р^'Т0ЧКа
МУ
yvr
Контактная
точка
820
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Начальная (конечная)
контактная точка поверхности
(профиля) зуба — контактная точка
поверхности зуба, соответствующая
началу (концу) взаимодействия
двух поверхностей зубьев при
точечном контакте или двух
профилей зубьев при линейном контакте
Площадка контакта зуба —
поверхность мгновенного
соприкосновения взаимодействующих
зубьев зубчатых колес передачи,
образовавшаяся под действием
нагрузки вместо контактной точки
или линии поверхности зуба
Пятно контакта зуба — часть
боковой поверхности зуба зубчатого
колеса передачи, покрываемая
площадкой контакта при повороте
зубчатого колеса на угол перекрытия
Локализация пятна контакта
зуба — заданное ограничение
формы, размеров и расположения
пятна контакта на поверхности
зуба зубчатого колеса в передаче
Кромочный контакт зубьев —
точечный или линейный контакт
зубьев зубчатых колес передачи
при отсутствии общей касательной
плоскости
Обозначение
—
—
—
—
Эскиз
Начальная Конечная
1 ж\^ H>v.
T^rMv^^
у^\1\
начальная\ : / Конечная
V
Площадка
Пятно У>5^ контакта
контактах^ sJs/&/
/(JwVmL
ДшяШяъь,
/УшмШуу/^
/тмяУшУ/
I Vl//sx/ Активная
/ xi/s/ действующая
j ^Y линия
Пятно S7\ Бок°вая
контакта у^А У** поверхность
?Jmm}>
ГХШУ/
1 \Щу
Г 7
^я
<z///\j^\
\ Jgr^ \
<^Г\ ^^^
'!у/\^'
Примечание
Без
обозначения
То же
»
»
»
Координатные плоскости и прямые в контакте зубьев
Контактная нормаль зубьев —
нормаль к взаимодействующим
поверхностям зубьев зубчатых
колес в контактной точке
Контактная касательная
зубьев — касательная к контактной
линии поверхности зуба в
выбранной точке
Общая нормальная плоскость
зубьев — плоскость,
перпендикулярная контактной касательной
зубьев и содержащая точку касания
—
Общая
Контактная
нормаль
\
Контактная
касательная
касательная
плоскостьч *
у'"-/4/;
N^* ^~^*~*L^fflC'
/ /'
Общая
нормальная
/плоскость
'^-Контактная
линия
-4 Контактная
точка
821
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Общая касательная плоскость
зубьев — плоскость, касательная к
взаимодействующим поверхностям
зубьев зубчатого колеса в
выбранной контактной точке поверхности
Профильная нормаль зубьев —
нормаль к взаимодействующим
профилям зубьев в главном сечении
зубчатой передачи в точке их касания
Профильная касательная зуба —
касательная к взаимодействующим
профилям зубьев в главном сечении
зубчатой передачи в точке их касания
Обозначение
—
Эскиз
Примечание
Общая
касательная
Профильная плоскость
нормаль /n^ у /
Профильная / \ Л 1 f^yCS
касательная / V^l I /Л*^//
Кинематические показатели
Частота вращения зубчатого
колеса
Угловая скорость зубчатого
колеса
Передаточное отношение
зубчатой передачи — отношение
угловой скорости ведущего
зубчатого колеса к угловой скорости
ведомого зубчатого колеса
Окружная скорость зубчатого
колеса — скорость выбранной
точки зубчатого колеса во
вращательном движении вокруг его оси
Нормальная контактная
скорость — ортогональная
составляющая окружной скорости
контактной точки поверхности зуба
зубчатого колеса, направленная по
контактной нормали
Касательная контактная
скорость — ортогональная
составляющая окружной скорости
контактной точки поверхности зуба
зубчатого колеса, направленная по
линии пересечения общей
касательной плоскости и плоскости,
содержащей векторы окружной
скорости контактной точки
поверхности зуба и ее нормальной
контактной составляющей
п
W
i
V
vT
\ ./ vr
w by
Контактная
нормаль^
vN
Общая 'V ,
касательная ^_^ч
плоскость у<^^^
Контактная
точка
L
—
"^~^^"т
822
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Скорость скольжения
контактных точек поверхностей
(профилей) зубьев — относительная
скорость контактных точек
поверхностей (профилей) взаимодействую-
щих зубьев зубчатых колес
vs
Контактная
точка
Скорость общей точки по
поверхности (профилю) зуба в
направлении скольжения — при точечном
контакте зубьев — ортогональная
составляющая скорости общей
точки по поверхности зуба в
направлении скольжения, а при линейном
контакте зубьев — скорость общей
точки по поверхности (профилю)
зуба в том же направлении
Опережающая (отстающая)
поверхность зуба — одна из двух
взаимодействующих поверхностей
зубьев зубчатых колес или часть
ее, по которой скорость общей
точки в направлении скольжения
имеет большее (меньшее) значение
vk
Опережающая
плоскость
Без
обозначения
Зазор зубчатой передачи
Радиальный зазор зубчатой
передачи — расстояние между
поверхностью вершин одного из зубчатых
колес передачи и поверхностью
впадин другого зубчатого колеса
Нормальный боковой зазор
зубчатой передачи — наименьшее
расстояние между боковыми
поверхностями зубьев зубчатых колес
передачи, определяющее свободный
поворот одного из зубчатых при
неподвижном парном зубчатом
колесе
Угловой боковой зазор зубчатой
передачи — угол свободного
поворота одного из зубчатых колес пере
дачи при неподвижном парном
зубчатом колесе, определяемый боко-
вым зазором этой передачи
Jn
и
823
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Окружной боковой зазор
зубчатой передачи — длина дуги
концентрической окружности
зубчатого колеса передачи, стягивающей
ее угловой боковой зазор
Беззазорная зубчатая передача —
зубчатая передача без бокового
зазора
Без
обозначения
3. Виды зубчатых колес и передач
Виды зубчатых передач по расположению осей
Зубчатая передача с
параллельными осями
Тоже
Зубчатая передача с
пересекающимися осями
Зубчатая передача со
скрещивающимися осями
Межосевая
линия
Зубчатые передачи с параллельными осями
Цилиндрическая зубчатая
передача — зубчатая передача с
параллельными осями, у зубчатых колес
которой аксоидные, начальные и
делительные поверхности
цилиндрические
Совпадающие поверхности
Зубчатые передачи с пересекающимися осями
Коническая зубчатая передача —
зубчатая передача с
пересекающимися осями, у зубчатых колес
которой аксоидные, начальные и
делительные поверхности
конические
824
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Примечание
Смешанная коническая передача
— зубчатая передача с
пересекающимися осями, аксоиды зубчатых
колес которой конические,
начальные поверхности (цилиндрическая
и коническая) являются
однотипными поверхностями
Начальная поверхность
Аксоид
Аксоид
Начальная
поверхность
Без
обозначения
Зубчатые передачи со скрещивающимися осями
Винтовая зубчатая передача —
гиперболоидная зубчатая передача
первого рода, в которой начальные
и делительные поверхности
зубчатых колес — цилиндрические, а
сопряженные поверхности зубьев
образованы в станочном
зацеплении общей для них производящей
поверхностью
Делительная поверхность
Тоже
Червячная передача —
гиперболоидная зубчатая передача второго
рода, в которой начальные и
делительные поверхности зубчатых
колес отличны от конических,
шестерня имеет винтовые зубья, а
зубчатые колеса имеют
сопряженные поверхности зубьев с
линейным контактом, если
производящая поверхность для одного из них
совпадает с главной поверхностью
зубьев парного зубчатого колеса
Спироидная передача —
гиперболоидная зубчатая передача, в
которой начальные поверхности
зубчатых колес — конические, шестерня
имеет винтовые зубья, а зубчатые
колеса имеют сопряженные
поверхности зубьев с линейным
контактом, если производящая
поверхность для одного из них
совпадает с главной поверхностью
зубьев парного зубчатого колеса
Начальная
поверхность
825
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Обозначение
Эскиз
Виды зубчатых передач по дополнительным признакам
Понижающая (повышающая)
зубчатая передача — передача, в
которой угловая скорость ведомого
зубчатого колеса меньше (больше)
угловой скорости ведущего
зубчатого колеса
Ортогональная
(неортогональная) зубчатая передача —
зубчатая передача, межосевой угол ко-
торой равен (отличен от) 90°
Без
обозначения
Зубчатая передача внешнего
зацепления — зубчатая передача, в
которой аксоидные поверхности
зубчатых колес расположены одна
вне другой
Аксоид
Зубчатая передача внутреннего
зацепления — зубчатая передача,
в которой аксоидные поверхности
зубчатых колес расположены одна
внутри другой
Аксоид
Виды зубчатых колес
Цилиндрическое зубчатое колесо
— зубчатое колесо с
цилиндрической делительной поверхностью
Делительная поверхность
Коническое зубчатое колесо —
зубчатое колесо с конической
делительной поверхностью
Червяк — шестерня червячной
передачи
Червячное колесо — колесо
червячной передачи
Спироидный червяк — шестерня
спироидной передачи
Колесо спироидной передачи
Спироидный червяк
826
Продолжение табл. П.З
Термин и определение
Зубчатое колесо с внешними
(внутренними) зубьями —
зубчатое колесо, поверхность вершин
зубьев которого находится
снаружи (внутри) поверхности впадин
Обозначение
Эскиз
Примечание
Поверхность „ /^ /
вершин Поверхность £ \
впадин ^^ У
4. Понятия, относящиеся к методу образования зубьев
зубчатых колес передачи
Исходные зубчатые колеса
Зубчатые колеса с
совпадающими боковыми поверхностями —
два зубчатых колеса, у которых
одновременно все впадины одного
зубчатого колеса заполняются
зубьями другого при совмещении
этих колес до совпадения боковых
поверхностей зубьев с
сохранением заданных радиальных зазоров
щ
Без
обозначения
Производящие зубчатые колеса
Производящая поверхность —
воображаемая поверхность,
содержащая режущие кромки
инструмента или образуемая при их
движении, огибающей которой в
относительном движении является
требуемая боковая поверхность
зуба обрабатываемого зубчатого
колеса
Производящее зубчатое колесо —
воображаемое зубчатое колесо, у
которого боковыми поверхностями
зубьев являются производящие
поверхности
Производящий контур зубчатого
колеса — контур зубьев
производящего зубчатого колеса в сечении
его заданной поверхности
—
Производящее
Производящий yiJ''УЧу^ч^^г
контур / у^х\ ^s.
X fj£S \ ys Производящая
^Q. J\ LyC/i поверхность
A. /\ Зубчатое
/ \ колесо
Продолжение табл. П. 3
Термин и определение
Теоретическое исходное
производящее колесо — производящее
колесо, все зубья которого
полностью заполняют впадины
теоретического исходного колеса при
совмещении этих колес до
совпадения боковых поверхностей с
сохранением заданного
радиального зазора между вершиной зуба и
дном впадины соответственно
теоретических исходного и
производящего колес
Пара теоретических исходных
производящих колес — два
теоретических исходных производящих
колеса, у которых все впадины
одного колеса полностью
заполняются зубьями другого при
совмещении колес до совпадения
боковых поверхностей зубьев
Пара номинальных исходных
производящих колес — два
номинальных исходных производящих
колеса, соответствующих паре
номинальных исходных зубчатых
колес
Обозначение
—
Эскиз
Примечание
^^R^j^^^^r^^^^^ /^_ Теоретическое
*"~ Производящая
поверхность
^ УУ Теоретическое
Понятия, относящиеся к станочному зацеплению
Станочное зацепление —
зубчатое зацепление производящего
колеса с обрабатываемым
зубчатым колесом
Теоретическая толщина зуба —
расстояние между разноименными
профилями или линиями зуба
каждого из зубчатых колес передачи,
необходимое для беззазорной
передачи, получаемое при станочном
зацеплении каждого зубчатого
колеса с соответствующим зубчатым
колесом пары теоретических
исходных производящих колес
—
Исходное
r/////Xs/////\ производящее
V/wyYMwyyfo _л колесо
Теоретическая
толщина
828
Окончание табл. П.З
Термин и определение
Подрезание зуба — срезание части
номинальной поверхности у
основания зуба обрабатываемого
зубчатого колеса в результате
интерференции зубьев при станочном
зацеплении
Срезание зуба — срезание части
номинальной поверхности у
вершины зуба обрабатываемого
зубчатого колеса в результате
интерференции зубьев при станочном
зацеплении
Обозначение
Эскиз
#
$
Примечание
Без
обозначения
Тоже
■ П.4. Определения и обозначения конических зубчатых колес,
установленные государственными стандартами РФ
Виды конических зубчатых колес
Термины и определения
Коническое зубчатое колесо с
прямыми зубьями —
коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев
которого на развертке делительного
конуса являются прямые,
проходящие через его вершину
Коническое зубчатое колесо с
тангенциальными зубьями —
коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев
которого на развертке
делительного конуса являются
прямые, касательные к
концентрической окружности
Коническое зубчатое колесо с
круговой линией зубьев —
коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев
которого на развертке
делительного конуса являются дуги
окружностей
Обозначение
Эскиз
(Й&
1(7
0%
Чф£/
Jw
til?
Примечания
Без
обозначения
Тоже
»
830
Продолжение табл. П.4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Коническое зубчатое колесо с
эвольвентной линией зубьев —
коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев
которого на развертке
делительного конуса являются
эвольвенты концентрической
окружности
Основная окружность
конического
зубчатого колеса
с эвольвентной
линией зубов
•~1
Диаметр основной
окружности
Коническое зубчатое колесо с
циклоидальной линией зубьев
— коническое зубчатое колесо,
теоретическими линиями зубьев
которого на развертке
делительного конуса являются
циклоидальные кривые
Основная окружность
конического
зубчатого колеса
с циклоидальной
линией зубов
Диаметр основной
окружности
Коническое зубчатое колесо с
прямыми зубьями круглого
профиля — коническое
зубчатое колесо с приближенно
круговым торцовым профилем
зубьев, боковые поверхности
которых образованы огибанием
поверхности инструмента,
совершающей плоское движение:
вращательное вокруг оси
инструмента и поступательное
вдоль зуба зубчатого колеса
А-А
Без
обозначения
831
Продолжение табл. П. 4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Коническое зубчатое колесо с
круговыми зубьями,
образованными сферой — коническое
зубчатое колесо с круговыми
зубьями, теоретические
поверхности которых образованы в
станочном зацеплении
сферической производящей
поверхностью
Плоское зубчатое колесо —
коническое зубчатое колесо, у
которого угол делительного
конуса равен 90°
Ц^
Делительная
плоскость
Н* Л
^—1^
w*
Плоская коническая передача
— коническая зубчатая
передача, одним из звеньев которой
является плоское зубчатое
колесо
Эвольвентная коническая
зубчатая передача — коническая
зубчатая передача со
сферическим эвольвентным
зацеплением (зацепление конических
зубчатых колес, теоретическими
профилями зубьев которых в
главном сечении являются
сферические эвольвенты)
832
Продолжение табл. П.4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Полуобкатная коническая
передача — коническая
зубчатая передача, боковые
поверхности зубьев шестерни которой
образованы производящей
поверхностью в станочном
зацеплении, а боковые поверхности
зубьев колеса могут быть
плоскими, коническими,
сферическими и эвольвентно
винтовыми
Без
обозначения
Общие элементы и параметры конических зубчатых колес
Делительный конус
конического зубчатого колеса —
делительная поверхность
конического зубчатого колеса
Конус вершин зубьев —
поверхность вершин зубьев
конического зубчатого колеса
Конус впадин — поверхность
впадин конического зубчатого
колеса
Делительный
дополнительный конус — соосная кониче
екая поверхность, образующая
которой перпендикулярна
образующей делительного конуса
конического зубчатого колеса
Угол делительного конуса
конического зубчатого колеса —
угол между осью конического
зубчатого колеса и образующей
его делительного конуса -
острый для зубчатых колес с
внешними зубьями и тупой для
зубчатых колес с внутренними
зубьями
Конус
конического
зубчатого колеса
Конус вершин
Делительный
дополнительный
конус
Делительный
конус конического
зубчатого колеса
Угол
делительного
конуса
Делительный
дополнительный
конус
Продолжение табл. П. 4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Делительный
конус конического
зубчатого колеса
Делительный
конус конического
зубчатого колеса
Угол
делительного
конуса
Угол
делительного
конуса
Угол конуса вершин зубьев —
угол между осью конического
зубчатого колеса и образующей
его конуса вершин — острый
для внешних и тупой для
внутренних зубьев
Угол конуса впадин — угол
между осью конического
зубчатого колеса и образующей его
конуса впадин — острый для
внешних и тупой для
внутренних зубьев
Угол делительной головки зуба
конического зубчатого колеса
— угол между образующими
конуса вершин зубьев и
делительного конуса конического
зубчатого колеса в его осевом
сечении
Угол делительной ножки зуба
конического зубчатого колеса
— угол между образующими
делительного конуса и конуса
впадин конического зубчатого
колеса в его осевом сечении
Делительный
конус конического
зубчатого колеса
Конус вершин
Угол
делительного '
конуса
Угол
делительной
ножки
зуба
834
Продолжение табл. П. 4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Делительное конусное
расстояние — длина отрезка
образующей делительного конуса от
его вершины до пересечения с
образующей делительного
дополнительного конуса:
Re — внешнее конусное
расстояние;
Rm — среднее конусное
расстояние;
R; — внутреннее конусное
расстояние
Граничная высота зуба
конического зубчатого колеса —
расстояние между окружностью
вершин зубьев конического
зубчатого колеса и концентрической
окружностью, проходящей через
граничные точки профилей
зубьев, измеренное по образующей
делительного (начального)
дополнительного конуса. Слою
«делительного» заменяют словом
«начального» при рассмотрении
конического зубчатого колеса, у
которого делительный конус не
совпадает с начальным, но имеет
с ним общую вершину:
hle — внешняя граничная
высота зуба;
hlm — средняя граничная
высота зуба;
Внутренняя
граничная
высота зуба
Средняя Внешняя
граничная граничная
высота зуба / высота зуба
Т Делительные
диаметры
К -
внутренняя граничная
высота зуба
835
Продолжение табл. П.4
Термины и определения
Обознач
ение
Эскиз
Примечания
Осевая форма зуба
конического зубчатого колеса — форма
зуба конического зубчатого
колеса, определяемая взаимным
расположением образующих
делительного конуса и конусов
впадин и вершин зубьев в
общем осевом сечении
Делительный
конус
Без
обозначения
Осевая форма зуба 1 Осевая форма зуба 3
Делительный
конус
Депительны
конус ^
Осевая форма зуба 2
Средняя линия зуба — линия
на однотипном соосном конусе,
равноотстоящая от линий зуба
конического зубчатого колеса
на этом конусе
Средняя линия впадины —
линия на однотипном соосном
конусе, равноотстоящая от
ближайших разноименных
линий соседних зубьев
конического зубчатого колеса на этом
конусе
Средняя
линия
зуба
Тоже
Линия зуба конического
зубчатого колеса правого
направления — линия зуба, точка на
которой движется по часовой
стрелке при удалении от
наблюдателя, смотрящего с
вершины делительного конуса
836
Продолжение табл. П. 4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Линия зуба конического зуб
чатого колеса левого
направления — линия зуба, точка на
которой движется против
часовой стрелки при удалении от
наблюдателя, смотрящего с
вершины делительного конуса
Без
обозначения
Нормальное сечение боковой
поверхности зуба конического
зубчатого колеса — сечение
боковой поверхности зуба
конического зубчатого колеса
плоскостью, нормальной к
теоретической линии зуба
То же
Нормальное сечение зуба
(впадины) конического зубчатого
колеса — сечение зуба
(впадины) конического зубчатого
колеса плоскостью, нормальной к
средней линии зуба (впадины) в
заданной точке
Окружной Окружной Окружной
внешней средний внутренний
шаг
Окружной шаг конического
зубчатого колеса —
расстояние между одноименными
профилями соседних зубьев по дуге
концентрической окружности
конического зубчатого колеса:
Pte — внешний окружной шаг;
Рт — средний окружной шаг;
Pti — внутренний окружной
шаг
Р,
/Делительный
837
Окончание табл. П.4
Термины и определения
Обозначение
Эскиз
Примечания
Окружная ширина впадины
конического зубчатого колеса
— расстояние между разно
именными профилями соседних
зубьев по дуге концентрической
окружности конического
зубчатого колеса:
ete — внешняя окружная
ширина впадины;
ет — средняя окружная
ширина впадины;
eti — внутренняя окружная
ширина впадины
Угловая толщина зуба в
торцовом сечении — центральный
угол концентрической
окружности конического зубчатого
колеса, соответствующий тол-
щине его зуба
/,
Окружная Окружная Окружная
внешняя средняя внутренняя
толщина толщина толщина
эуба, эуба \ эуба i
Окружная I Окружная \ Окружная
внешняя I средняя \ внутренняя
ширина I ширина \ ширина
впадины J впадины\ \ впадины
2Ч>,
Измерительное сечение зуба
конического зубчатого колеса
— нормальное сечение зуба, в
котором измеряется его толщина
Расстояние от внешнего торца
до измерительного сечения —
расстояние от внешнего торца до
точки пересечения средней линии
зуба с плоскостью
измерительного сечения, измеренное по
образующей делительного конуса
Толщина по хорде зуба
конического зубчатого колеса —
длина хорды, соответствующая
нормальной толщине зуба
конического зубчатого колеса
Высота до хорды зуба
конического зубчатого колеса —
кратчайшее расстояние от
вершины зуба конического
зубчатого колеса до средней точки
толщины по хорде конического
зубчатого колеса
Расстояние
от внешнего торца
до измерительного
сечения
Измерительное
сечение
Без
обозначения
838
■ П.5. Определения и изображения погрешностей
отклонения профиля, установленные
государственными стандартами РФ
Термин
Отклонение от
прямолинейности в плоскости
Отклонение от
плоскостности
Отклонение от
круглости
Отклонение от
цилиндричности
Отклонение
продольного сечения
Определение
Наибольшее расстояние Д от
точек реального профиля до
прилегающей прямой в
пределах нормируемого участка
Наибольшее расстояние Д от
точек реальной поверхности
до прилегающей плоскости
в пределах нормируемого
участка
Наибольшее расстояние Д от
точек реального профиля до
прилегающей окружности
Наибольшее расстояние Д от
точек реальной поверхности
до прилегающего цилиндра
в пределах нормируемого
участка
Наибольшее расстояние Д от
точек образующих реальной
поверхности, лежащих в
плоскости, проходящей
через его ось до
соответствующей стороны
прилегающего профиля в
пределах нормируемого участка
Эскиз
Прилегающая У,
прямая / J>N
\/^кУ'
/ьёШ*/^ Реальный
j\ 4^v/ профиль
Прилегающая плоскость
^у\/
s jr /у J
Г7Л
у/ <
1/
1
Реальная поверхность
Прилегающая окружность
Реальный профиль
4
Прилегающий /*с
цилиндр /yff'
\ /JhJ(-\
jp ^Х- i J
С^^У
GfW ^
Реальная поверхность
Прилегающий профиль
шш
Реальный профиль
'
<
1
839
Продолжение табл. П. 5
Термин
Определение
Эскиз
Отклонение от
параллельности
плоскостей
Разность Л наибольшего и
наименьшего расстояний
между плоскостями в
пределах нормируемого участка
Прилегающие плоскости
бальные поверхности
Отклонение от
перпендикулярности плоскостей
Отклонение угла между
плоскостями от прямого
угла (90°), выраженное в
линейных единицах Д на
длине нормируемого участка
Отклонение
наклона плоскости
относительно
плоскости или
оси (или прямой)
Отклонение угла между
плоскостью или базовой
осью (прямой) от
номинального угла, выраженное в
линейных единицах Л на
длине нормируемого участка
Номинальный
угол
Отклонение от
соосности
относительно общей
оси
Наибольшее расстояние (Ль
Л2,...) между осью
рассматриваемой поверхности
вращения и общей осью двух
или нескольких
поверхностей вращения на длине
нормируемого участка
Общая ось
Отклонение от
симметричности
относительно
базового элемента
Наибольшее расстояние Л
между плоскостью
симметрии или осью
рассматриваемого элемента или элементов
и плоскостью симметрии
базового элемента в пределах
нормируемого участка
Общая плоскость
симметрии
840
Продолжение табл. П. 5
Термин
Определение
Эскиз
Позиционное
отклонение
Наибольшее расстояние Л
между расположением
центра или оси симметрии
элемента и их номинальным
расположением в пределах
нормируемого участка
Номинальное
расположение оси
Л
<ш
Номинальные размеры
Отклонение от
пересечения осей
Наименьшее расстояние Л
между осями, номинально
пересекающимися
Базовая ось
Радиальное биение
Разность Д наибольшего и
наименьшего расстояний от
точек реального профиля
поверхности вращения до
базовой оси в сечении
плоскостью, перпендикулярной
базовой оси
Торцевое биение
Разность Л наибольшего и
наименьшего расстояний от
точек реального профиля
торцевой поверхности до
плоскости,
перпендикулярной базовой оси
-»■ — *-
Полное
радиальное биение
Разность Л наибольшего и
наименьшего расстояний от
всех точек реальной
поверхности в пределах
нормируемого участка до базовой оси
Е
Полное торцевое
биение
Разность Л наибольшего и
наименьшего расстояний от
точек всей торцевой
поверхности до плоскости,
перпендикулярной базовой
оси
Базовая ось
(скрытая база)
841
Окончание табл. П. 5
Термин
Определение
Эскиз
Отклонение
формы заданного
профиля
Наибольшее отклонение Д
точек реального профиля от
номинального профиля,
определяемого по нормали к
номинальному профилю в
пределах нормируемого
участка
Номинальный профиль
Номинальные
значения
координат
Номинальная поверхность
Отклонение
формы заданной
по поверхности
Наибольшее отклонение Д
точек реальной поверхности
от номинальной
поверхности, определяемое по
нормали к номинальной
поверхности в пределах
нормируемого участка
Номинальная поверхность
Начальные
значения
координат
■ П.6. Алфавитный указатель обозначений для обработки резанием
Наименование
Движение подачи
Движение резания главное
Движение резания результирующее
Касательное движение
Коэффициент укорочения стружки
Коэффициент утолщения стружки
Коэффициент уширения стружки
Кромка режущая
Кромка режущая вспомогательная
Кромка режущая главная
Основная плоскость
Плоскость основная инструментальная
Плоскость основная кинематическая
Плоскость основная статическая
Плоскость резания
Плоскость резания инструментальная
Плоскость резания кинематическая
Плоскость резания статическая
Плоскость секущая главная
Плоскость секущая главная инструментальная
Плоскость секущая главная кинематическая
Плоскость секущая главная статическая
Плоскость секущая нормальная
Плоскость секущая схода стружки
Площадь срезаемого слоя
Поверхность главного движения
Поверхность задняя лезвия
Поверхность передняя лезвия
Поверхность резания
Подача
Подача на зуб
Подача на оборот
Подача на ход
Подача на двойной ход
Путь резания
Рабочая плоскость
Радиус вершины
Радиус округления режущей кромки
Сила резания
Скорость главного движения резания
Обозначение
Ds
DT
De
А<
к,
Ко
Kb
К
К'
к
Pv
р
1 ии
р
1 VK
р
1 VC
Рп
р
1 пи
р
гПК
Рпс
р
ри
р.
Рс
Л,
Рс
f
Яг
Аа
Аг
R
S
s2
So
Sx
^2х
I
Ps
rB
p
p
V
Окончание табл. П. 6
Наименование
Скорость движения подачи
Скорость касательного движения
Скорость результирующего движения резания
Составляющая силы резания главная
Составляющая силы резания осевая
Составляющая силы резания радиальная
Угол в плане
Угол в плане инструментальный
Угол в плане кинематический
Угол в плане статический
Угол в плане рабочий кинематический
Угол задний главный
Угол задний главный инструментальный
Угол задний главный кинематический
Угол задний главный статический
Угол заострения
Угол заострения главный
Угол заострения главный инструментальный
Угол заострения главный кинематический
Угол заострения главный статический
Угол задний нормальный
Угол задний рабочий кинематический
Угол заострения нормальный
Угол наклона кромки
Угол наклона кромки инструментальный
Угол наклона кромки кинематический
Угол наклона кромки статический
Угол передний
Угол передний главный
Угол передний главный инструментальный
Угол передний главный кинематический
Угол передний главный статический
Угол передний нормальный
Угол передний рабочий кинематический
Угол подачи
Угол скорости резания
Угол схода стружки
Толщина срезаемого слоя
Ширина срезаемого слоя
Обозначение
Vs
vK
ve
Рг
РХ
Л
ф
Фи
Фк
Фс
фр
а
аи
ак
ас
3
3
Зи
Зк
Зс
ан
оц,
Зи
X
ХИ
Хк
хс
У
У
Уи
Ук
Ус
Уи
Уо
И
л
V
а
Ь
844
■ П.7. Значения шероховатости при различных допусках
размера и формы изделия
Допуск
размера по
квалитетам
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
то
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
IT17
Допуск формы, %,
по допускам размера
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100
60
40
100,60
40
25
100,60
40
25
100,60
40
25
100,60
40
100,60
40
100,60
40
Ra, мкм, не более, при номинальных размерах, мм
до 18
0,2
0,1
0,05
0,4
0,2
0,1
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
1,6
0,8
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
12,5
12,5
25
25
свыше 18 до
50
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
25
12,5
50
25
свыше 50
до 120
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
3,2
25
12,5
50
25
100
50
свыше 120
до 500
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
3,2
3,2
1,6
6,3
6,3
3,2
6,3
6,3
3,2
12,5
6,3
3,2
25
12,5
50
25
100
50
Примечание. Если относительный допуск формы меньше значения, указанного,
то следует назначать не более 0,157ф (7ф — допуск формы).
845
■ П.8. Шероховатость поверхности при различных
методах обработки
Обработка
Ra, мкм
Наружные поверхности вращения
Обтачивание:
черновое
получистовое
чистовое
тонкое
Шлифование:
предварительное
чистовое
тонкое
Суперфиниширование
Полирование
Притирка
Обкатывание и выглаживание
Виброобкатывание
Электромеханическая
Магнитно-абразивная
12,5...50
3,2...12,5
0,8...2,5
0,1...0,8
1...2.5
0,2... 1,25
0,05...0,25
0,032...0,28
0,008...0,08
0,01...0,11
0,03...2,0
0,063... 1,60
0,02... 1,60
0,02... 1,60
Внутренние поверхности вращения
Сверление и рассверливание
Зенкерование:
черновое
чистовое
Развертывание:
черновое
чистовое
тонкое
Протягивание:
черновое
чистовое
Растачивание:
черновое
получистовое
чистовое
тонкое
Шлифование:
предварительное
чистовое
тонкое
3,2...12,5
3,2...6,3
1,25...3,2
1,25...2,5
0,63... 1,25
0,32...0,63
1,25...3,2
0,32... 1,25
6,3...12,5
1,6...6,3
0,8...2,0
0,2...0,8
1,6...3,2
0,32... 1,60
0,08...0,32
846
Продолжение табл. П.
Обработка
Хонингование:
предварительное
чистовое
тонкое
Притирка
Раскатывание и выглаживание
Виброраскатывание
Калибрование
Ra, мкм
1,25...3,2
0,25... 1,25
0,04...0,25
0,02...0,16
0,05...2
0,063... 1,6
0,1...1,6
Плоские поверхности
Торцовое фрезерование:
черновое
чистовое
тонкое
Цилиндрическое фрезерование:
черновое
чистовое
тонкое
Строгание:
черновое
чистовое
тонкое
Торцовое точение:
черновое
чистовое
тонкое
Протягивание:
черновое
чистовое
Шлифование:
предварительное
чистовое
тонкое
Шабрение от себя:
Z=20...10
Z=30...20
Шабрение на себя:
Лс = 40...60%
Ас = 60... 80%
Накатывание роликами и шариковыми головками
Вибронакатывание
Виброполирование
Притирка
3,2...12,5
1...4
0,32... 1,25
3,2....12,5
0,8...3,2
0,2... 1
25...50
1,6...6,3
0,32... 1,6
25...50
1,6...6,3
0,32... 1
1...3.2
0,32... 1,25
1,6...4
0,32...1,6
0,08...0,32
1,6...6,3
0,63...2,5
0,032...1,0
0,1...0,4
0,1...2
0,16...2,5
0,3...0,032
0,02...0,1
Окончание табл. П. 8
Обработка
Ra, мкм
Боковые поверхности шилцев
Шлицефрезерование:
предварительное
чистовое
Шлицестрогание
Шлицепротягивание
Шлифование:
предварительное
окончательное
Накатывание шлицев
Обкатывание шлицев
6,3...12,5
1,25...4
1...2.5
0,8...1,6
1,6...3,2
0,4...1,25
0,8...1
0,32... 1
Боковые поверхности зубьев
Зубонарезание фрезами:
модульными
червячными
Зубонарезание долбяками
Протягивание
Накатывание
Шевингование
Шлифование
Обкатывание
Притика
6,3...12,5
3,2...6,3
1,6...3,2
0,8...1,6
0,8...2
0,63... 1,25
0,5...1,25
0,32... 1
0,1...0,5
Боковые поверхности резьбы
Нарезание:
резцами и гребенками
метчиками, плашками и
самораскрывающимися головками
Фрезерование:
предварительное
окончательное
Накатывание и раскатывание резьбы
1,6...3,2
1,6...3,2
1,6...3,2
0,5...2
0,5...1,25
848
■ П.9. Перевод диаметра отпечатка в значение твердости
Марка стали
08
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Диаметр отпечатка,
мм, не менее
тep^
об
5,2
5,0
4,9
4,7
4,6
4,5
4,2
4,1
4,0
3,9
3,9
3,8
Твердость,
не более
без
лической
работки
131 НВ
143 НВ
149 НВ
163 НВ
170НВ
179НВ
207 НВ
(217 НВ)
22,2 HRG,
(229 НВ)
24HRG,
(241 НВ)
26HRG,
(255 НВ)
28 HRC,
(255 НВ)
28 HRC,
Диаметр отпечатка,
мм, не менее
Твердость,
не более
после отжига
или высокого
отпуска
—
—
—
—
—
—
—
4,4
4,3
4,2
4,1
4,0
—
—
—
—
—
—
—
187 НВ
197 НВ
(207 НВ)
20,2 HRC,
(217 НВ)
20,2 HRC,
(229 НВ)
24 HRC,
Диаметр отпечатка,
мм, не менее
Твердость,
не более
нагартованная
4,5
4,4
4,3
4,2
4,1
4,0
4,0
3,9
3,9
3,8
3,7
3,7
179НВ
187 НВ
197 НВ
(207 НВ)
20,2 HRC,
(217 НВ)
22,2 HRC,
(229 НВ)
24 HRC,
(229 НВ)
24 HRC,
(241 НВ)
26 HRG,
(241 НВ)
26HRG,
(255 НВ)
28HRG,
(269 НВ)
30 HRQ
(269 НВ)
30 HRC,
Диаметр отпечатка,
мм, не менее
Твердость,
не более
отоженная или вы-
сокоотпущенная
5,2
5,0
4,9
4,7
4,6
4,5
4,4
4,3
4,2
4,1
4,0
4,0
131 НВ
143 НВ
149 НВ
163 НВ
170НВ
179НВ
187 НВ
197 НВ
(207 НВ)
20,2 HRG,
(217 НВ)
22,2 HRC,
(229 НВ)
24 HRG,
(229 НВ)
24 HRC,
■ П.10. Переводная таблица квалитетов и классов точности
Класс точности
При обработке вала
При обработке отверстия
Квалитет точности
5
1
09
6
2
1
7
2а
2
8
3
3
9
3
3
10
За
За
11
4
4
12
5
5
13
5
5
14
7
7
15
8
8
16
9
9
■ П.П. Переводная таблица параметров и классов шероховатости
Параметр
шероховатости
Ra, мкм
Rz, мкм
Класс шероховатости
1
50
200
2
25
100
3
12,5
50
4
6,3
25
5
3,2
12,5
6
1,6
6,3
7
0,8
3,2
Параметр
шероховатости
Ra, мкм
Rz, мкм
Класс шероховатости
8
0,4
1,6
9
0,2
0,8
10
0,1
0,4
11
0,5
0,2
12
0,025
0,1
13
0,012
0,05
14
0,009
0,025
Примечание. Жирным шрифтом выделены предпочтительные значения.
■ П.12. Условные обозначения и единицы величин
Условное
обозначение
м
с
кг
К
рад
ср
А
В
Ом
н
Па
Дж
Наименование
метр
(длина)
секунда
(время)
килограмм
(масса)
кельвин
(термодинамическая температура)
радиан
(плоский угол)
стерадиан
(телесный угол)
ампер
(сила
электрического тока)
вольт
(электрическое
напряжение)
Ом
(электрическое
сопротивление)
ньютон
(сила)
паскаль
(давление)
джоуль
(работа)
Примечание
Расстояние, проходимое в вакууме плоской
электромагнитной волны за 1/299792458 доли секунды
Секунда равна 9192631770 периодам излучения,
соответствующего перехода между сверхтонкими
уровнями основного состояния атома Цезия-133
Килограмм равен массе международного прототипа
килограмма
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической
температуры тройной точки воды
Радиан равен углу между двумя радиусами
окружности, длина дуги между которыми равна радиусу
1 рад = 57°17'144"
Стерадиан равен телесному углу с вершиной в
центре сферы, вырезающему на поверхности сферы
площадь, равную площади квадрата со стороной,
равной радиусу сферы
Ампер равен силе неизменяющегося тока, который
при прохождении по двум параллельным
прямолинейным проводникам бесконечной длины и
ничтожно малой площади кругового поперечного
сечения, расположенными в вакууме на расстоянии
1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке
проводника длиной 1 м силу взаимодействия,
равную 2 • 10"9iV
Вольт равен электрическому напряжению,
вызывающему в электрической цепи постоянный ток
силой 1 А при мощности 1 В
Ом равен сопротивлению проводника, между
концами которого возникает напряжение в 1В при силе
постоянного тока 1А
Ньютон равен силе, придающей телу массой 1 кг
ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы
(1 кгс = 9,80665 Н * 10 Н; кН = 103 Н; МН = 106 Н)
Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н,
равномерно распределенной по нормальной к ней
поверхности площадью 1м (1 Па = 1 н/м2)
1 кгс/см2 = 9,80665 • 104 Па = 9,8; 1 Па = 0,0981 МПа
Джоуль равен работе силы 1 Н, перемещающей
тело на расстояние 1 м в направлении действия
силы
851
Продолжение табл. П. 12
Условное
обозначение
Вт
Дж
м/с
м/с2
рад/с
с"1
кгс/см2
кгс/мм2
тс
кгс
л. с.
об/мин
об/с
кгс/м
Н/м
Нм/рад
Наименование
ватт
(мощность)
джоуль
(теплота)
метр в секунду
(линейная
скорость)
метр в секунду в
квадрате
(ускорение)
радиан в секунду
(угловая
скорость)
секунда в минус
первой степени
(частота вращения)
килограмм-сила
на сантиметр в
квадрате
(давление)
килограмм-сила
на миллиметр в
квадрате
(давление)
тонна-сила
килограмм-сила
лошадиная сила
(мощность)
обороты
в минуту
обороты
в секунду
килограмм-сила
на метр
жесткость тела
(при растяжении
и сжатии)
жесткость тела
(при кручении и
изгибе)
Примечание
Ватт равен мощности, при которой работа 1 Дж
производится за время 1 с
Джоуль равен тепловому потоку эквивалентной
механической мощности 1 Вт
0,278 м/с = 1 км/ч
1 с"1 = 1 об/с; 1/60 с"1 * 1,66 • Ю-2 с"1 * 0,017 с"1 *
* 0,017 с-1; 1000 об/мин «17с1
98066,5 Па = 1 кгс/см2
9,80665- 106Па=1 кгс/мм2
9806,65 Н = 1 тс
9,80665 Н = 1 кгс
9,81 Н*10Н*1 кгс
735,499 Вт * 0,735 кВт = 1 л.с.
1 Вт = 1,36- 10"3л.с.
1,6667 • 10~ =1 об/мин — (частота вращения)
я/30 рад/с = 0,105 рад/с = 1 об/с — (угловая
скорость)
2я рад/с = 1 об/с (угловая скорость)
1 кгс м « 10 Нм (момент силы)
1 кгс м « 10 Дж (работа)
852
Продолжение табл. П. 12
Условное
обозначение
...°С
...К
О
t
11
%
«
нв
HRC3
HV
т
Наименование
градус Цельсия
градус Кельвина
градус
(плоский угол)
минута
(плоский угол)
секунда
(плоский угол)
процент
вращательное
движение в
одном направлении
вращательное
движение в
обоих направлениях
вращательное
движение с
ограничением
прямолинейное
движение
прямолинейное
возвратное
движение
от ... до
приблизительно
равно
твердость по
Бринеллю
твердость по
Раквеллу
(шкала С)
твердость по
Виккерсу
модуль зубьев
Примечание
273,16 К* 1 °С
1° = я/180 = 0,01745329 рад = 60' = 3600"
Г = 2,91 • 10" рад
1" =4,85 - КГ" рад
Способ определения твердости материалов
стальным закаленным шариком диаметром 2,5; 5 или
10 мм при нагрузке 0,623...30 кН (до 3 тс). Обычно
используют для оценки твердости исходных
заготовок
Способ определения твердости вдавливанием
алмазного конуса с углом при вершине 120° (реже
шарика). Обычно используют для оценки
твердости термообработанных деталей
Способ определения микротвердости
вдавливанием четырехгранной алмазной пирамидки с углом
при вершине 136°. Обычно используют для оценки
глубины и степени упрочненного поверхностного
слоя
Отношение шага зубьев зубчатого колеса к числу
п. Стандартизирован
853
Окончание табл. П. 12
Условное
обозначение
za
zt
Т
IT
Наименование
общий припуск
на обработку
(на сторону)
припуск на
технологическую
операцию
допуск на размер
квалитет
точности
Примечание
Толщина слоя, удаляемого с поверхности исходной
заготовки в процессе ее обработки до получения
заданного размера на детали
Z0 = -LZt
Операционный припуск удаляется при выполнении
одной операции
Абсолютное значение алгебраической разности
между верхним и нижним отклонениями
Совокупность допусков, обеспечивающих
постоянную относительную точность для определенного
диапазона номинальных размеров. Установлено 19
квалитетов. Обозначаются ГТ01, ITO, IT1 ...IT17
Список литературы
1. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-7. Металлорежущие станки и
деревообрабатывающее оборудование. — М.: Машиностроение, 2002.
2. Колесов И. М. Основы технологии машиностроения. — М.: Машиностроение.
В 2-х т., 1977.
3. Технология машиностроения. Под ред. А. М. Дальского. В 2-х т. — М.: Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998.
4. Маталин А. А. Технология машиностроения. — Л.: Машиностроение, 1985.
5. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния
поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 1987.
6. Проектирование технологии. Под ред. Ю. М. Соломенцева. —М.:
Машиностроение, 1990.
7. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов,
приспособлений и инструментов. Под ред. С. Н. Корчакова. —М.:
Машиностроение, 1988.
8. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А. Г. Косиловой,
Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1988.
9. Технологичность конструкций изделий. Под. ред. Ю. Д. Амирова. —М.:
Машиностроение, 1985.
10. Проектирование и расчет металлорежущих станков на ЭВМ. Под ред. О. В. Та-
ратынова, О. И. Аверьянова. — М.: МГИУ, 2002.
11. Аверьянов О. И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. —М.:
Машиностроение, 1987.
12. Хубка В. Теория технических систем. Пер. с нем. — М.: Мир, 1987.
13. Яковенко Е. Г. Экономические циклы жизни машин. — М.: Машиностроение,
1981.
14. Клепиков В. В., Бодров А. Н., Семичастнов Ю. И. Основы технологии
машиностроения. — М.: Центр инноваций в педагогике, 1998.
15. Клепиков В. В., Семичастнов Ю. И., Бодров А. Н. Технология машиностроения.
Методы обработки. — М.: ГОМЦ, 1999.
16. Гурин Ф. В., Клепиков В. В., Рейн В. В. Технология автотракторостроения. —
М.: Машиностроение, 1981.
17. Металлорежущие системы машиностроительных производств. Под. ред. О. В. Та-
ратынова. — М.: Высшая школа, 1988.
18. Кузнецов A.M., Клепиков В. В. Современные методы расчета припусков. —
М.: Машиностроение, 1988.
855
Оглавление
От авторов 3
Введение 4
Глава 1. Общие вопросы технологии машиностроения и обработки изделий 6
1.1. Развитие технологии машиностроения 6
1.2. Основные понятия и положения 10
1.2.1. Термины и определения 10
1.2.2. Качество изделий 12
1.2.3. Производственный процесс 17
1.2.4. Технологический процесс 18
1.3. Виды и типы производства 23
1.4. Технологичность конструкции изделия 27
1.4.1. Основы технологичности конструкции изделия 27
1.4.2. Количественная оценка технологичности конструкции изделия 29
1.4.3. Качественная оценка технологичности конструкции изделия 37
1.4.4. Пример качественной оценки изделия на технологичность 37
Глава 2. Основные этапы разработки технологических процессов деталей машин 43
2.1. Выбор заготовок 43
2.1.1. Выбор материала заготовок 43
2.1.2. Технологичность конструкции заготовок 51
2.1.3. Методы производства заготовок 53
2.1.4. Производство калиброванной стали 67
2.1.5. Производство заготовок из пластических масс 68
2.1.6. Производство изделий методом порошковой металлургии 81
2.2. Установка заготовок на станках 84
2.2.1. Погрешность установки 84
2.2.2. Погрешность базирования 85
2.2.3. Погрешность закрепления 94
2.3. Точность механической обработки 98
2.3.1. Общие понятия 98
2.3.2. Погрешности, вызванные неточностью изготовления и износом
металлообрабатывающего оборудования 102
2.3.3. Погрешности, вызванные упругими деформациями технологической
системы 104
2.3.4. Погрешности, вызванные температурными деформациями 117
2.3.5. Погрешности, вызванные остаточными напряжениями 118
2.3.6. Погрешности, вызванные неточностью изготовления, установки и износом
инструмента 120
2.3.7. Методы исследования точности обработки изделий 129
2.3.8. Размерный анализ 147
2.3.9. Математическое моделирование точности механической обработки
изделий на ЭВМ 154
2.4. Качество поверхностного слоя изделий 156
2.4.1. Основные понятия о качестве поверхностного слоя 156
2.4.2. Геометрические характеристики рельефа поверхности 158
856
2.4.3. Влияние шероховатости поверхностного слоя на эксплуатационные
характеристики изделий 169
2.4.4. Влияние технологических факторов на значение параметров
шероховатости 174
2.4.5. Физико-механическое состояние поверхностного слоя изделий 177
2.5. Методы расчета припусков на механическую обработку заготовок 184
2.5.1. Общие сведения о припуске на механическую обработку заготовок 184
2.5.2. Опытно-статистический метод определения припуска 188
2.5.3. Расчетно-аналитический метод определения припусков 189
2.5.4. Определение допуска припуска и расчет номинального и максимального
припусков на обработку 198
2.5.5. Определение промежуточных и предельных размеров изделия 201
2.5.6. Особенности расчета припуска на механическую обработку заготовок,
подвергаемых термическому упрочнению 209
2.5.7. Особенности расчета припусков и операционных размеров при
использовании ЭВМ и САПР 212
2.5.8. Особенности расчета припусков при обработке на станках с ЧПУ и гибких
производственных модулях 216
2.5.9. Пути уменьшения припусков при использовании методов малоотходной
технологии 220
Глава 3. Технологические процессы с использованием различных методов
обработки изделий и обоснование их применения 223
3.1. Технологические процессы с использованием методов обработки со снятием
материала 223
3.2.1. Основные положения 223
3.1.2. Технологические процессы токарной обработки 224
3.2.3. Технологические процессы сверления, зенкерования и развертывания 270
3.2.4. Технологические процессы фрезерования, строгания и долбления 290
3.2.5. Технологические процессы наружного и внутреннего протягивания 320
3.2.6. Технологические процессы шлифования поверхностей 346
3.2.7. Технологические процессы хонингования поверхностей 382
3.2.8. Технологические процессы суперфиниширования поверхностей 389
3.2.9. Технологические процессы доводки и полирования поверхности 394
3.3. Технологические операции с использованием методов обработки без снятия
материала 400
3.3.1. Специфика технологии обработки поверхностей изделий без снятия
материала 400
3.3.2. Технологические процессы обкатывания и раскатывания 404
3.3.3. Технологические процессы алмазного выглаживания 418
3.3.4. Технологические процессы объемного и поверхностного калибрования 421
3.4. Технологические операции с использованием методов с нанесением материалов....427
3.5. Технологические операции с использованием комбинированных и совмещенных
методов обработки 435
Глава 4. Технологические процессы обработки зубьев 451
4.1. Общие сведения о зубчатых колесах 451
4.1.1. Основные положения 451
4.1.2. Прямозубые цилиндрические колеса 456
4.1.3. Прямозубые конические зубчатые колеса 459
4.1.4. Надежность зубчатых колес 462
4.1.5. Технологичность, унификация и стандартизация конструкции зубчатых
колес 463
4.1.6. Заготовки зубчатых колес 468
857
4.1.7. Базирование заготовок зубчатых колес 471
4.1.8. Методы копирования и обкатки 473
4.1.9. Оборудование для обработки зубчатых колес 480
4.1.10. Контроль точности обработки 481
4.2. Технологические процессы фрезерования зубьев колес пальцевыми и дисковыми
модульными фрезами 484
4.2.1. Основные положения 484
4.2.2. Методы обработки пальцевыми модульными фрезами 486
4.2.3. Процессы обработки дисковыми модульными фрезами 487
4.3. Технологические процессы фрезерования зубьев колес червячными модульными
фрезами 490
4.3.1. Технологические возможности метода 490
4.3.2. Пути повышения качества обработки, производительности и стойкости
инструмента 493
4.3.3. Расчет наладочных размеров при зубофрезеровании 504
4.4. Процессы зубодолбления 511
4.5. Процессы протягивания зубьев колес 519
4.6. Методы нарезания зубьев колес зубострогальными резцами 527
4.7. Процессы нарезания зубьев колес двумя дисковыми фрезами 529
4.8. Процессы зубошевингования 530
4.8.1. Особенности процесса шевингования 530
4.8.2. Расчет наладочных размеров. Порядок проведения наладки зубошевинго-
вального станка 536
4.9. Процессы поверхностного пластического деформирования при обработке зубьев
колес 547
4.9.1. Формирование исходного профиля зубьев колес 547
4.9.2. Отделочно-калибрующая и упрочняющая обработка зубьев 548
4.10. Процессы термической обработки зубчатых колес 553
4.11. Процессы абразивной обработки зубьев колес 556
4.11.1. Шлифование 556
4.11.2. Хонингование 562
4.11.3. Притирка 565
4.12. Процессы обработки конических колес с криволинейными зубьями 566
4.12.1. Типы и область применения 566
4.12.2. Обработка спирально-конических передач с круговыми зубьями 577
Глава 5. Совершенствование технологической системы и ее элементов 584
5.1. Методика поиска эффективных конструкторско-технологических решений 584
5.2. Пример совершенствования процесса обработки 593
5.2.1. Анализ методов обработки 593
5.2.2. Зацепление инструмент-заготовка 604
5.2.3. Выбор объекта и методики экспериментальных работ 607
5.2.4. Пути повышения технологических возможностей 620
5.3. Технико-экономический анализ вариантов технологических процессов 633
Приложение 652
П. 1. Термины и определения технологических процессов, утвержденные
государственными стандартами РФ 652
П.2. Термины и определения цилиндрических и конических зубчатых колес и
передач, методов их контроля и изготовления, утвержденные государственными
стандартами РФ 776
П.З. Определения и обозначения цилиндрических зубчатых колес, установленные
государственными стандартами РФ 806
858
П.4. Определения и обозначения конических зубчатых колес, установленные
государственными стандартами РФ 830
П.5. Определения и изображения погрешностей отклонения профиля, установленные
государственными стандартами РФ 839
П.6. Алфавитный указатель обозначений для обработки резанием 843
П.7. Значения шероховатости при различных допусках размера и формы изделия 845
П.8. Шероховатость поверхности при различных методах обработки 846
П.9. Перевод диаметра отпечатка в значение твердости 849
П. 10. Переводная таблица квалитетов и классов точности 849
П.11. Переводная таблица параметров и классов шероховатости 850
П.12. Условные обозначения и единицы величин 851
Список литературы
855
Клепиков Виктор Валентинович
Бодров Александр Николаевич
Технология машиностроения
Учебник
Редактор Н. Е. Овчеренко
Корректор В. Г. Овсянникова
Компьютерная верстка С. Ч. Соколовского
Дизайн обложки 77. Родькина
Сдано в набор 26.01.2008. Подписано в печать 18.03.2008.
Формат 70x100 1/16. Гарнитура Тайме. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 69,66. Уч.-изд. л. 64,38. Тираж 2500 экз.
Заказ № 2879.
Издательство «ФОРУМ»
101000, Москва-Центр, Колпачный пер., 9а
Тел./факс: (495) 625-32-07, 625-52-43
E-mail: mail@forum-books.ru
По вопросам приобретения книг обращайтесь:
Отдел продаж издательства «ФОРУМ»
101000, Москва-Центр, Колпачный пер., 9а
Тел./факс: (495) 625-52-43
E-mail: natali.forum@mail.ru
Отдел продаж «ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в
Тел.: (495) 380-05-40 доб. 252
Факс:(495)363-92-12
E-mail: aki@infra-m.ru
Центр комплектования библиотек
119019, Москва, ул. Моховая, д. 16
(Российская государственная библиотека, кор. К)
Тел.:(495)202-93-15
Магазин «Библиосфера» (розничная продажа)
109147, Москва, ул. Марксистская, д. 9
Тел.: (495) 670-52-18, (495) 670-52-19
Отпечатано в ОАО «Тверской ордена Трудового Красного Знамени
полиграфкомбинат детской литературы им. 50-летия СССР».
170040, г. Тверь, проспект 50 лет Октября, 46.
В. В. Клепиков А.Н. Бодров
Техн•л•г -
• шиност • оен