Зовнішні поверхні заготовок корпусних деталей оброблюють наступними методами: фрезеруванням, струганням, точінням, шліфуванням, протягуванням.
Фрезерування є найбільш поширеним методом обробки зовнішніх поверхонь (рисунок 3.2).
Висока продуктивність, що отримується внаслідок непереривності процесу різання, дозволяє ефективно використовувати цей метод для обробки заготовок корпусів в умовах одиничного, серійного та масового виробництва. В залежності від характеру виробництва та габаритів заготовок, що обробляють, використовують універсально-фрезерні верстати з вертикальним та горизонтальним розташуванням шпинделів, багатошпиндельні поздовжньо-фрезерні верстати, карусельно- та барабанно-фрезерні верстати агрегатного типу, а також верстати з ЧПУ та багатоцільові.
На універсально-фрезерних верстатах обробляють заготовки корпусних деталей малих габаритів у одиничному та мілко серійному виробництві. У цілях підвищення продуктивності шляхом суміщення часу на виконання робочих та допоміжних ходів обробку виконують за схемою «маятникового» фрезерування (рисунок 3.3). На столі верстата є дві робочі позиції. У процесі фрезерування заготовки, що встановлена у позиції I, відбувається заміна заготовки у позиції II.
Багатошпиндельні поздовжньо-фрезерні верстати використовують для обробки крупногабаритних корпусних деталей або для групової обробки деталей середніх розмірів у серійному виробництві. Можливість суміщення ходів при одночасній обробці декількох поверхонь крупногабаритних заготовок або при паралельній обробці поверхонь декількох невеликих заготовок дозволяє отримати достатньо високу продуктивність.
При груповій обробці послідовно встановлених заготовок зменшення машинного часу досягається також за рахунок перекриття відстані на врізання та перебіг фрези. У випадку використання змінних столів, на які встановлюють групу заготовок поза верстатом під час автоматичного фрезерування на верстаті інших заготовок, продуктивність операції ще більш підвищується. Ефективним методом підвищення продуктивності при обробці заготовок корпусних деталей на поздовжньо-фрезерних верстатах є фрезерування у перекладку (рисунок 3.4).
Рисунок 3.2 – Способи фрезерування прямолінійних поверхонь
Рисунок 3.3 – Маятникове фрезерування
На столі верстата встановлюють спеціальне багатомісне пристосування, на якому заготовки орієнтують певним чином відносно верстата та інструмента. За один робочий хід у кожній позиції відповідними фрезами оброблюють одну або декілька поверхонь заготовок. Після кожного робочого ходу стола заготовки перекладають з попередньої позиції у наступну. У результаті у закінченні робочого ходу з останньої позиції знімають готову деталь, а на першу позицію встановлюють нову заготовку. В останньому випадку зазвичай обробляють заготовки суміжних деталей одного комплекту типу кришка-корпус або верхня та нижня половина роз’ємних корпусів. Таким чином, одночасно отримують комплект суміжних деталей, які потім надходять на наступну обробку різанням та складання. Зменшення штучного часу при використанні цього методу відбувається у результаті скорочення числа перекладок на верстаті, зменшення допоміжних ходів та відстаней на врізання та перебіг інструмента. При обробці на чотирьох-шпиндельних повздошно-фрезерних верстатах заготовок корпусних деталей з направляючими – кареток, столів, повзунів можливо використання набору фрез, профіль яких відповідає контуру направляючих. Набір фрез, як універсальних, так і спеціальних, базується на загальній оправці, яка встановлюється у шпинделі двох горизонтальних головок. Перевагою цього способу є можливість отримання за один хід практично повного профілю направляючих. Однак є складності, пов’язані з заточкою комплекту фрез та необхідного розмірного встановлення їх у наборі. Тому цей метод використовують, головним чином, у серійному виробництві для обробки направляючих простої форми.
Рисунок 3.4 – Фрезерування у перекладку
Карусельно-фрезерні та барабанно-фрезерні верстати використовують для обробки корпусних деталей невеликих розмірів у крупносерійному та масовому виробництві (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Схема фрезерування на карусельному барабанно-фрезерному верстаті
Карусельно-фрезерні верстати з круглим столом, що обертається, мають одну або декілька фрезерних головок з вертикальним розположенням шпинделів. При наявності трьох фрезерних головокна перших двох встановлюють фрези діаметром 250–300 мм для чорнової обробки, а на наступній – фрезу діаметром 500–600 мм для чистової обробки горизонтальних поверхонь. Заготовки встановлюють у пристосування, що розташовані по кругу стола. Встановлення та знімання деталі виконується поза зоною обробки і за часом суміщається з процесом різання, який здійснюється при неперервному обертанні стола. Неперервна паралельно-послідовна чорнова та чистова обробка групи заготовок дозволяє досягнути високої продуктивності. Короткі кінематичні та розмірні ланцюги карусельно-фрезерного верстата, підвищена жорсткість стола та нерухоме закріплення фрезерних головок сприяють отриманню високої точності розмірів та відносних поворотів поверхонь деталей, що обробляють.
На барабанно-фрезерному верстаті здійснюють одночасну обробку у розмір двох паралельних поверхонь. Барабан, що неперервно обертається відносно горизонтальної осі, має від чотирьох до восьми граней, на яких встановлені пристосування для закріплення заголовок, що обробляють. Загальне число фрезерних головок з горизонтальним розташуванням шпинелей складає 2, 4, 6, або 8. при цьому за допомогою перших фрез виконують чорнову обробку, а останні дві фрези служать для чистової обробки поверхні. Діаметри фрез для чистової обробки залежать від розмірів поверхонь, що обробляють. Встановлення та знімання деталей виконують при неперервному обертанні барабана зі швидкістю робочої подачі 350–700 мм/хв. Близьке розташування заготовок забезпечує можливість перекриття дільниць на вході та виході фрези. Неперервна, паралельно-послідовна чорнова та чистова обробка деталей при суміщенні під час основних та допоміжних ходів дозволяє отримати високу продуктивність. При малих ділянках поверхонь, що обробляють, та відносно великій відстані між ними ефективність використання карусельно- та барабанно-фрезерних верстатів різко зменшується.
Торцеві фрези, що використовуються для чорнової та чистової обробки плоских поверхонь мають різне конструктивне виконання. Вони бувають суцільні, збірні зі вставними ножами з швидкорізальної сталі або з ножами, що мають твердосплавні напаяні пластини, використовують також фрези з механічним кріпленням непереточуваних твердосплавних пластин. В якості матеріалів для виготовлення різальної частини фрез використовують інструментальні вуглецеві та швидкорізальної сталі, тверді сплави та порошкові матеріали, а також надтвердий матеріал ельбор, що має високу зносостійкість.
Торцеві фрези з твердосплавними платинами мають стійкість у 3 рази вище, ніж фрези зі швидкорізальної сталі, та забезпечують підвищення продуктивності обробки до 5-ти разів. Торцеві фрези з різальною частиною з ельбору використовують для чистової обробки, якщо необхідна висока точність геометричної форми та низька шорсткість обробленої поверхні деталі.
Стругання зовнішніх площин корпусних деталей використовують в умовах одиничного та дрібносерійного виробництва, а також при обробці крупногабаритних, важких деталей. Цю операцію виконують на поздовжньо-стругальних верстатах з використанням вертикальних та горизонтальних супортів (рисунок 3.6).
Продуктивність стругання нижче фрезерування внаслідок на-явності допоміжних ходів та відносно малих швидкостей зворотно-поступового руху стола верстата. Продуктивність можна підвищити шляхом одночасної обробки групи заготовок, що послідовно встановлюються в один або два ряди на столі верстата. При цьому доцільна паралельна обробка горизонтальних та вертикальних поверхонь заготовок з використанням одночасно вертикальних та бокових супортів верстата. Вимогами до технологічності деталей у цьому випадку є розташування поверхонь, що обробляють, у одній площині, що дозволяє виконувати обробку напрохід.
Різці, що використовуються при струганні, являють собою найбільш дешевий простий інструмент, який має малу чутливість до дефектів поверхневого шару і дозволяє знімати за один робочий хід до 15–20 мм. При струганні можна отримати високу точність за прямолінійністю оброблених поверхонь. Це пояснюється більш високою жорсткістю стругальних супортів у порівнянні з фрезерними головками та відносно малими температурними деформаціями у процесі різання. Крім того, при отриманні пазів і канавок продуктивність стругання вище у порівнянні з фрезеруванням. Таким чином стругання широко використовують при обробці заготовок корпусних деталей з направляючими – столів, кареток, повзунів.
На карусельно-токарних верстатах здійснюють точіння таких корпусних деталей, як корпуси парових турбін, компресорів, відцентрових насосів, крупних електродвигунів, генераторів, планшайб верстатів та крупногабаритних вентилів. Оброблювані заготовки мають складну просторову форму або форму тіл обертання з зовнішніми або внутрішніми циліндричними, конічними поверхнями та перпендикулярними торцями, які порівняно просто отримують шляхом точіння. В умовах серійного виробництва на карусельно-токарних верстатах одночасно оброблюють по відкритій площині роз’ємну групу невеликих корпусів або кришок, що встановлюються у пристосування, які розташовані по периметру круглого стола. При цьому забезпечується достатньо високі вимоги до площинності та паралельності поверхонь, що обробляють. Використання простого та дешевого інструменту – різців дозволяє знімати за робочий хід до 15 мм, встановлювати відносно високі режими різання, виконувати неперервну обробку, що підвищує продуктивність процесу.
Рисунок 3.6 – Схеми стругання
Рисунок 3.7 – Схеми шліфування площин
Рисунок 3.8 – Схеми протягування
Шліфування зовнішніх площин корпусних деталей використовується в основному, як заключна обробка, що забезпечує отримання підвищених вимог до шорсткості та точності геометричної форми поверхонь, що обробляють (рисунок 3.7). Шліфування виконують на плоскошліфувальних верстатах з прямокутними та круглими столами. Останні дозволяють отримати більш високу продуктивність внаслідок неперервності процесу шліфування. При цьому можливо шліфування периферією плоского круга, торцем чашкового круга або торцевою поверхнею складеного сегментного круга. Збірні сегментні круги використовують для обдирного шліфування зовнішніх площин. Припуск, що знімається за робочий хід, може досягати 4мм.
Перевагою цього методу обробки є мала чутливість шліфувального круга до дефектів поверхневого шару литої заготовки, а також можливість продуктивної обробки складних за контуром переривистих поверхонь чавунних деталей. Обробка переривчастих поверхонь чавунних заготовок струганням або фрезеруванням викликає відколи, викрашування металу на кромках і призводить до різкого зниження стійкості різального інструменту, в особливості торцевих фрез. Ліквідація цього явища шляхом зменшення режимів різання призводить до зниження продуктивності обробки. У процесі шліфування такі явища, як відколи та вібрації, що з’являються при обробці переривчастих поверхонь – виключені. Багате охолодження за допомогою МОТС, що використовується при шліфуванні, дозволяє значно зменшити температурні деформації деталі, що обробляють, та покращує умови процесу різання, що сприяє підвищенню точності обробки.
Протягування зовнішніх площин корпусних деталей виконують у масовому виробництві на спеціальних протяжних верстатах горизонтального та вертикального типу. Протягування є найбільш продуктивним методом обробки, при якому забезпечується висока точність розмірів та відносне положення поверхонь, що обробляють. Потужні протяжні верстати з зусиллям протягування до 500 кН дозволяють по всій поверхні, що обробляють знімати за один хід припуск у межах 3–5 мм. Раціональний розподіл припуску, що знімають за довжиною протяжки, при якому на калібрувальну ділянку припадає мінімальне навантаження, забезпечує високу стійкість та зберігання геометричної точності різального інструменту, що гарантує високу точність деталі (рисунок 3.8).
Збірні протяжки, довжина яких складає 2–3,5 м, дозволяють обробляти як плоскі, так і фасонні зовнішні поверхні. При цьому швидкість протягування досягає 60 м/хв. Швидкохідні протяжні верстати з однією або декількома позиціями вмонтовують в автоматизовані лінії для обробки блоків циліндрів двигунів, у яких попередньо та остаточно протягують площини роз’єму під головку блоку, привалкову площину та поверхні замка під кришки кореневих підшипників, а також бокові поверхні блоку.
Факторами, що накладають обмеження на використання протягування, є відносно висока вартість різального інструменту та великі сили різання, які виникають при обробці, що виключає можливість обробки нежорстких деталей.
Протягування використовують для попередньої чистової та заключної обробки зовнішніх поверхонь заготовок корпусних деталей.
Данні про точність, отримані при різних методах обробки плоских поверхонь, представлені у таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – Параметри точності, що отримуються при обробці плоских поверхонь різними методами
