Контроль станин. Изготовление корпусных деталей.

Служебное назначение, технические требования и заготовки корпусных деталей.

Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми и служат для размещения на них или в них деталей и сборочных единиц, соединяемых между собой с требуемой точностью.

По конструкции корпусные детали могут быть неразъемными и разъемными по осям отверстий, иметь внутренние перегородки и отверстия, сложную пространственную форму.

В зависимости от служебного назначения к ним могут предъявляться следующие технические требования:

1. Прямолинейность и параллельность плоских базовых поверхностей в пределах 0,01 – 0,07 мм на длине 200 мм или 0,05 – 0,1 мм на всей длине.

2. Отклонение от параллельности или перпендикулярности одной плоскости относительно другой в пределах 0,015 – 0,1 мм на длине 200 мм.

3. Точность диаметральных размеров основных отверстий по 6 – 11 квалитетам.

4. Шероховатость Ra = 1,25 – 0,16 мкм.

5. Отклонение от параллельности и перпендикулярности осей основных отверстий к плоским поверхностям в пределах 0,0015 – 0,01 мм на длине 200 мм.

6. Шероховатость плоских поверхностей Ra = 2,5 – 6,3 мкм.

И другие требования.

К техническим требованиям ответственных корпусов предъявляются более жесткие условия.

Методика назначения технических требований на параметры точности корпусных деталей подробно рассматривается в [1].

Заготовки корпусных деталей изготовляют литыми или сварными.

Литые заготовки получают из СЧ15, СЧ18, СЧ21, применяют модифицированные чугуны (СЧ32, СЧ35). В случае ударных нагрузок применяют ковкие чугуны (КЧ40, КЧ45). Литые заготовки изготовляют из стали марки 35Л, 30Х, применяют другие легированные стали.

Корпуса могут изготовлять также из бронзы, латуни, алюминия. В условиях мелкосерийного производства и при ударных нагрузках заготовки изготовляют сварными из стали ст3, ст5 и др.

Выбор методов получения заготовок корпусных деталей производится с учетом последующей механической обработки.

Технологический процесс изготовления корпусных деталей.

Несмотря на многообразие конструктивных форм корпусных деталей, различные технические требования, их механическая обработка имеет много общего в части выбора технологических баз, последовательности обработки поверхностей, формирования операций.

Типовой маршрут обработки корпусных деталей включает в себя следующие основные этапы:

1. Черновая и чистовая обработка плоскостей или плоскости и двух отверстий, которые принимаются в качестве технических баз на последующих операциях.

2. Обработка остальных наружных поверхностей.

3. Черновая и чистовая обработка основных отверстий.

4. Обработка крепежных и других мелких отверстий.

5. Отделочная обработка основных отверстий и плоскостей.

Такое общее построение маршрута обработки может изменяться в зависимости от конкретных условий. Так, например, при обработке корпусов, имеющих плоскость разъема, обработка осуществляется в следующей последовательности:

1. Обработка плоскости разъема корпуса.

2. Обработка базовой плоскости корпуса.

3. Обработка плоскости разъема крышки.

4. Сверление и нарезание резьбы в отверстиях плоскости разъема корпуса и крышки.

5. Соединение корпуса и крышки.

6. Совместная обработка отверстий и т.д.

При выборе технологических баз руководствуются общими положениями по выбору баз, принимая в качестве технологической базы основные базы. Наиболее часто базирование производится по трем координатным плоскостям или по плоскости и двум отверстиям.

Перед механической обработкой в единичном и мелкосерийном производстве могут производить разметку корпусных деталей вручную (с помощью универсального инструмента) или на координатно-измерительных машинах.

В крупносерийном и массовом производстве заготовки устанавливаются в заранее настраиваемое приспособление без выверки.

Обработка наружных поверхностей корпусных деталей может производиться строганием, фрезерованием, шлифованием, протягиванием, в условиях единичного и мелкосерийного производства – шабрением.

В условиях единичного и мелкосерийного производства широко применяется строгание вследствие достаточно простого инструмента и наладки. Строганием возможно производить обработку сложного профиля универсальным инструментом, малочувствительным к дефектам поверхностного слоя. Но недостатком данного метода является наличие холостых ходов и низкие скорости резания. Повышение производительности достигается за счет обработки групп заготовок, устанавливаемых на столе станка в один или два ряда. Применение многосуппортных станков также обеспечивает повышение производительности (многолезвийное строгание).

Фрезерование получило широкое распространение при обработке плоскостей корпусных деталей. Обработка может производиться на консольно-фрезерном, продольно-фрезерном, карусельно-фрезерном, барабанно-фрезерном, агрегатно-фрезерном станках и на многооперационных станках с ЧПУ.

Обработка небольших корпусных деталей производится на консольно-фрезерных станках с поворотным столом. Применение поворотных приспособлений позволяет совместить машинное время со вспомогательным временем.

Обработка на продольно-фрезерных станках, оснащенных несколькими суппортами, обеспечивает высокую производительность при достаточной точности. Применяют различные методы обработки на таких станках.

1. Обработка при установке заготовок в один ряд.

   
   

   1 метод. 2 метод.

2. О бработка при установке заготовок в два ряда.

3. О бработка с перекладыванием заготовки.

При данном способе заготовка последовательно перекладывается в каждой позиции с целью обработки всех поверхностей. По окончании рабочего хода со стола снимается готовая деталь. Данный метод удобно применять для черновой и чистовой обработки, для групповой обработки, для обработки разъемных корпусов, когда за рабочий ход может быть обработан комплект разъемных корпусных деталей.

4. О бработка по методу маятниковой подачи.

5. О бработка на горизонтально-фрезерных станках с использованием приспособлений конвейерного типа.

В крупносерийном и массовом производстве для обработки корпусных деталей небольших размеров широко применяются карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки. На двух- или трехшпиндельных карусельно-фрезерных станках производится параллельно-последовательная черновая и чистовая обработка плоскостей корпусных деталей. Станки данного типа обладают большой жесткостью и обеспечивают высокую производительность и точность. При обработке на данных станках смена заготовок (установка) производится во время фрезерования и при этом вспомогательное время полностью перекрывается машинным. На карусельно-фрезерных станках можно производить обработку заготовок в приспособлениях с перекладыванием.

Одновременная параллельная обработка плоскостей с двух сторон производится на барабанно-фрезерных станках при их непрерывном вращении. Заготовки в приспособлениях устанавливаются на гранях барабанов, производится параллельно-последовательная черновая и чистовая обработка и за один оборот барабана снимается готовая деталь и устанавливается новая заготовка.

Барабан может иметь 4, 6, 8 граней, диаметр барабана от 500 до 2000 мм. Шпиндели станка размещаются в стойках и обработка производится торцевыми фрезами. Конструкция станка характеризуется высокой жесткостью, обеспечивая требуемую точность и производительность.

Т очность обработки на карусельно-фрезерных и барабанно-фрезерных станках по 11 – 13 квалитетам, с шероховатостью поверхности Ra = 6,3 – 2,5 мкм.

На токарно-карусельных станках производят обработку корпусных деталей сложной пространственной формы (корпуса центробежных насосов, электродвигателей и др.).

Для черновой и чистовой обработки в массовом производстве применяется протягивание. Обеспечивая высокую точность и производительность, протягивание является экономичным методом, несмотря на высокую стоимость оборудования и инструмента. Точность обработки по 7 – 8 квалитету, шероховатость Ra = 3,2 – 0,4 мкм.

Обработка плоскостей может производиться шлифованием, тонким фрезерованием.

При шлифовании на станках карусельного и продольного типа обеспечивается точность по 4 – 6 квалитетам и шероховатость Ra = 1,6 – 0,4 (0,2) мкм. Шлифование имеет преимущества перед лезвийным инструментом при обработке по корке литых заготовок, может применяться без предварительной обработки, при обработке прерывистых поверхностей, когда происходит скол кромок режущего инструмента. При обработке чугунных деталей на выходе лезвийного инструмента происходит скол, при шлифовании такое явление отсутствует.

В ряде случаев шлифование заменяется тонким фрезерованием инструментом, оснащенным СТМ (сверхтвердым материалом). Обработка тонким фрезерованием может производиться на шлифовальных, фрезерных и расточных станках. При использовании фрез с СТМ на расточных станках обеспечивается возможность одновременной чистовой обработки плоскостей и отверстий в корпусе, что обеспечивает повышение производительности и точности взаимного расположения поверхностей.

Обработка основных отверстий корпусных деталей производится на сверлильных, расточных, координатно-расточных станках, на многооперационных с ЧПУ. Выбор метода обработки отверстий зависит от конфигурации и размеров заготовки, количества отверстий, их размеров и взаимного расположения, требований к точности изготовления отверстий.

При этом одновременно решается задача о разделении обработки на черновые и чистовые операции или переходы, так как такое разделение увеличивает трудоемкость обработки, то в каждом конкретном случае изыскивается наиболее оптимальный вариант. Например, при наличии у заготовки нескольких точных отверстий большого и малого диаметров черновая обработка производится только для отверстий большого диаметра. Отверстия меньшего диаметра обрабатывают окончательно при чистовой обработке больших отверстий. При обработке отверстий в труднодоступных местах не производится разделение на черновую и чистовую обработку. То же самое не производится при обработке мелких отверстий, располагаемых на одной оси.

При обработке отверстий в сплошном металле производится его сверление, при диаметре отверстия 30 мм и более сверление производится за 2 – 3 перехода, обеспечивая 11 – 12 квалитет.

Литые отверстия в заготовке обрабатываются черновым зенкерованием, чистовое зенкерование применяется после сверления или рассверливания. Зенкерование является окончательным методом обработки при получении 9 – 11 квалитета.

Наиболее широкое применение при обработке отверстий имеет растачивание резцами и резцовыми головками. При растачивании резцами обеспечивается прямолинейность оси отверстия. Растачивание характеризуется достаточно простым инструментом и наладкой. Применение многорезцовых расточных головок (4 – 8 резцов в головке) обеспечивает наивысшую производительность обработки.

Обработка отверстий развертыванием обеспечивает получение высокой точности размера и формы по 6 – 7 квалитету и шероховатости Ra = 1,25 – 0,63 мкм.

Растачивание отверстий на горизонтально-расточных станках может производиться по различным схемам:

1. Растачивание консольными оправками.

2. Растачивание борштангами с передним и задним направлением или с одним задним направлением борштанги.

3. Растачивание в кондукторах при шарнирном соединении расточной оправки со шпинделем станка.

2.

3.

Шарнирный патрон.

При подаче шпинделем по мере увеличения вылета оправки с инструментом возникает погрешность формы (конусность) и размера. При подаче столом точность зависит от прямолинейности движения стола по направляющим станины. При шарнирном соединении оправки со шпинделем возникающие погрешности не зависят от станка, а определяются точностью направляющих или кондукторных втулок и самого кондуктора.

Растачивание консольными оправками получило широкое распространение вследствие достаточной простоты наладки инструмента и измерения или контроля обрабатываемых поверхностей. Короткие и жесткие оправки на станках с точным позиционированием столов (ЧПУ) получили широкое распространение при обработке отверстий.

Недостатком обработки борштангами является сложность установки, настройки и снятия борштанги, сложность контроля за точностью обработки, низкая производительность вследствие недостаточной жесткости борштанги. Однако, в ряде случаев успешно применяются жесткие борштанги-развертки, выполненные как одно целое.

В серийном производстве при обработке небольших корпусных деталей с группой отверстий обработка их производится по кондуктору. При этом кондуктор может иметь передние или задние направления инструмента или передние и задние направления, или двойное переднее направление. В последнем случае оправка шарнирно соединяется со шпинделем станка, что практически исключает влияние геометрических погрешностей станка на точность обработки, которая в этом случае зависит от точности самого кондуктора, оправки и зазора между ними.

Точность межосевых расстояний при обработке отверстий достигается путем разметки, обработкой по кондуктору, координатным растачиванием, по накладным шаблонам и др. методами. Обработка по разметке производится в единичном и мелкосерийном производстве при обеспечении точности в пределах 0,5 мм (как предварительная обработка). Наиболее распространенным методом является координатное растачивание за одну установку заготовки при перемещении ее вместе со столом или при перемещении инструмента с точностью 0,005 – 0,03 мм.

Растачивание в кондукторах по накладным шаблонам обеспечивает точность в пределах 0,02 – 0,03 мм.

В крупносерийном и массовом производстве обработка может выполняться на агрегатных станках, позволяющих выполнять различные операции и переходы: сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, подрезка торца, снятие фаски и др. На них может выполняться одновременно черновая, получистовая и чистовая обработка.

Обработка отверстий может производиться на многооперационных станках с ЧПУ.

Обработка крепежных и других мелких отверстий производится на сверлильных, радиально-сверлильных, агрегатных, горизонтально-расточных станках в зависимости от объема выпуска.

В единичном и мелкосерийном производстве заготовки массой до 30 кг обрабатывают на вертикально-сверлильных, а с большей массой – на радиально-сверлильных и горизонтально-расточных станках.

Применение радиально-сверлильных станков обеспечивает повышение производительности и снижение затрат времени по сравнению с работой на горизонтально-расточных станках, при этом стоимость радиально-сверлильного станка меньше стоимости горизонтально-расточного. Однако, недостатком радиально-сверлильного станка является невозможность обработки деталей крупных размеров и обеспечение высокой точности обработки. Мелкие крепежные отверстия сверлятся при сборке.

Отделочными методами обработки отверстий деталей являются тонкое или алмазное растачивание, шлифование, поверхностно-пластическое деформирование, хонингование, в единичном и мелкосерийном производстве – притирка.

Тонкое растачивание является высокопроизводительным и высокоточным методом обработки отверстий. Обработка производится на горизонтальных и вертикальных станках с обеспечением точности по 6 – 7 квалитету с шероховатостью Ra = 1,25 – 0,30 мкм.

Шлифование отверстий корпусных деталей производится с продольной или поперечной подачей в зависимости от размеров отверстия с обеспечением точности по 6 квалитету и шероховатостью Ra = 0,32 – 0,16 мкм.

Обработка отверстий в крупных корпусных деталях выполняется с планетарным вращением шпинделя с продольной или поперечной подачей.

Для окончательной обработки отверстий широко применяется поверхностно-пластическое деформирование путем обкатывания или раскатывания шариками или роликами. При этом обеспечивается 6 – 9 квалитет и шероховатость в пределах Ra = 0,08 – 0,04 мкм. Алмазное выглаживание упрочняет обрабатываемую поверхность и повышает ее износостойкость.

В качестве отделочного метода обработки отверстий, особенно в условиях крупносерийного и массового производства, широко применяется хонингование, выполняемое на специальных одношпиндельных и многошпиндельных станках. Хонингование производится с помощью хонинговальных брусков, устанавливаемых в хонинговальной головке, число которых кратно 3 (3, 6, 9, 12). Головка совершает вращательное и возвратно-поступательное движение, она шарнирно соединена со шпинделем станка и самоустанавливается по отверстию. Поэтому предварительная обработка отверстия должна обеспечивать требуемую прямолинейность оси отверстия.

Брусок представляет собой металлическую, керамическую или другую связку, поверхностный слой которой насыщен абразивными или алмазными зернами. Производительность алмазных брусков в 20 раз выше по сравнению с абразивными. Точность обработки по 6 квалитету, шероховатость Ra = 0,16 – 0,08 мкм. Метод является высокопроизводительным и в ряде случаев заменяет шлифование. Схема хонингования приведена на рис.

1 – деталь;

2 – притир;

3 – конусная оправка.

Метод обеспечивает получение шероховатости Ra = 0,32 – 0,08 мкм.