ТОТДМ - 3-7

3.7. Методи обробки головних отворів

Обробка головних отворів – трудомісткий етап технологічного процесу виготовлення корпусної деталі. Головні отвори обробляють на розточувальних, координатно-розточувальних, свердлильних, агрегатних та інших верстатах, включаючи верстати з ЧПУ і багатоцільові верстати. Обробка проводиться в три етапи: чорнова, чистова та оздоблювальна.

На перших етапах обробки проводиться свердління, зенкерування, розточка різцями та розточувальними головками. На етапі остаточної обробки – тонке розточування, шліфування, хонінгування, а також пластичне деформування: алмазне вигладжування, розкочення кульками або роликами, дорнування.

При чорновій обробці знімають основний припуск металу, забезпечуючи при цьому точність положення отвору відносно бази та рівномірність припуску під чистову обробку. Чистова обробка забезпечує точність розмірів, геометричної форми та відносного положення отвору. Особливо важливим є забезпечення необхідної прямолінійності осі отвору і точності його відносного положення. Оздоблювальну обробку використовують для досягнення підвищених вимог до точності розміру, геометричної форми та шорсткості поверхні обробленого отвору.

Обробку отворів в корпусних деталях виконують з використанням таких різальних інструментів як свердла, зенкери, різці, розточні головки, розгортки, розточні пластини.

Свердління та розсвердлювання забезпечують 11-й –12-й квалітети точності, а шорсткість поверхні Ra 6,3–12,5 мкм. Зенкерування у відливках забезпечує 11-й – 12-й квалітети точності та похибку геометричної форми 30–50 мкм. Напівчистове зенкерування забезпечує 10-й квалітет точності та відхилення геометричної форми 15–20 мкм, шорсткість Ra 2,5–5 мкм.

Точність діаметральних розмірів відповідає при чорновому розточуванні 11-му –12-му квалітетам, при чистовому – 9-му –10-му квалітетам.

Розгортання – один з методів чистової обробки отворів за 6-м –9-м квалітетом точності. Припуски, що залишаються від розгортання, складають для попередньої обробки 0,4–0,9 мм на діаметр, для чистової 0,05–0,30 мм.

Розгортання виконується із значним охолодженням емульсією (для чавунних деталей) або сумішшю гасу з машинним маслом (для сталевих деталей).

Для розгортання отворів застосовують також плаваючі різцеві блоки та пластини з швидкорізальної сталі або твердого сплаву (точність 7-й квалітети, шорсткість поверхні Ra 1,25 мкм), одночасно з обробкою торців застосовують торцеві зенкери або спеціальні летючі супорти, які забезпечують пересування різця в радіальному напрямі. На багатоцільових верстатах відкриті торцеві поверхні об-робляються торцевими фрезами.

Для обробки в корпусних деталях головних отворів широко застосовують горизонтально-розточувальні та координатно-розточувальні верстати. Точність розташування їх відносно технологічних баз і точність міжцентрових відстаней досягаються одним із таких способів: за розміткою, методом пробних ходів та промірів, способом координатного розточування та з використанням кондукторів.

У крупносерійному та масовому виробництві для одночасної обробки різних отворів у корпусних деталях використовують агрегатно-розточувальні верстати (рисунок 3.9). Агрегатні верстати можуть працювати автономно або у складі автоматичних ліній для виготовлення корпусних деталей. Ці верстати складені із уніфікованих вузлів. В залежності від технологічних задач, що вирішуються, вони мають різні компоновки з горизонтальним, похилим та вертикальним розположенням шпинелей, з нерухомими та рухомими столами. Верстати з горизонтальним розташуванням шпинделей бувають однобічні, двобічні, двобічні з поворотним столом, а також верстати зі столами поступового переміщення. Верстати вертикальної компоновки також мають нерухомі або поворотні столи.

Для паралельно-послідовної обробки заготовок з декількох сторін використовують верстати з вертикальними та горизонтальними головками, та поворотними столами, а також горизонтальні верстати з багатопозиційними поворотними барабанами. На таких верстатах має місце висока ступінь концентрації технологічних переходів, що виконують.

Агрегатні верстати з нерухомими або поворотними столами зазвичай працюють автономно в умовах крупносерійного виробництва. Верстати зі столами поступового переміщення вмонтовують в автоматичні лінії, в наслідок чого забезпечується наскрізне переміщення заготовки за ходом виконання технологічного процесу. За закінченням обробки столи-супутники паралельним потоком повертаються в початкову позицію для встановлення нової заготовки.

На агрегатних верстатах виконують технологічні операції свердління, зенкування, розточування, підрізання торців, розгортання та інші. При чому одночасно обробляють декілька отворів корпусної деталі, які можуть розташовуватися як на зовнішніх, так і на внутрішніх поверхнях деталі. Необхідна точність міжцентровихвідстаней та відносне положення інструменту забезпечується шляхом застосування кондукторних плит з направляючими втулками для різального інструменту та інструментальних оправок.

Рисунок 3.9 – Схема обробки корпуса на агрегатному верстаті

Агрегатні верстати є спеціальними, тому їх розробляють для обробки певних заготовок, що виготовляють у великій кількості. Тому застосування таких верстатів потребує економічного обґрунтування.

Для отримання в корпусних деталях отворів високої точності (6-го, 7-го квалітетів) на заключному етапі технологічного процесу вводять оздоблювані операції. Методами оздоблювання головних отворів є розгортання, тонке розгортання, планетарне шліфування, хонінгування, розкочення роликами, а в окремих випадках притирка та шабрування.

Вибір необхідного методу обробки залежить від необхідної точності, що визначається службовим призначенням деталі. Так для оздоблювання отворів під піноль задньої бабки або отворів у блоках циліндрів двигунів та компресорів, до яких пред’являються підвищені вимоги до параметрів шорсткості (Ra 0,1–0,04 мкм), застосовують хонінгування. А для оздоблювання отворів у шпиндельних коробках, де необхідна висока точність відносно положення отворів, використовують тонке розточування та планетарне шліфування. При необхідності зміцнення поверхні отвору з метою зменшення зносу поверхневого шару використовують розкочення роликами.

Розгортання є найбільш поширеним методом оздоблювання головних отворів в умовах одиничного та серійного виробництва. Універсальність цього методу полягає у тому, що ручне оздоблювальне розгортання взагалі не потребує верстатного обладнання. Оскільки розгортка зазвичай самовстановлюється по отвору, то для забезпечення співвісності попередньо оброблених отворів використовують комбіновані розгортки, за допомогою яких відбувається одночасне розгортання співвісних отворів.

Тонке алмазне розгортання виконують на спеціальних алмазно-розточувальних верстатах. Верстати для тонкого розточування мають високу жорсткість та підвищену вібростійкість. Вони мають вертикальну або горизонтальну компоновку з одним або декількома шпинделями. Верстати горизонтальної компоновки бувають однобічного або двобічного виконання. Розточування отворів виконують однолезовими різцями, оздобленими твердосплавними пластинами з ретельно доведеними різальними кромками.

Для обробки корпусних деталей застосовують також різці з надтвердих матеріалів. Геометрія заточки таких різців дозволяє вести обробку отворів з дуже малою глибиною різання. Інструмент встановлюють у жорстких консольних оправках з метою підвищення жорсткості та вібростійкості для розточування отворів малого діаметру замість сталевих оправок застосовують твердосплавні, які при однакових розмірах мають кращі показники. З точки зору точності обробки переважним є вертикальне розташування шпинделя, при якому сила важкості розточувальної оправки практично не впливає на точність геометричної форми отворів. Особливістю такого розточування є обробка на високих швидкостях різання при дуже малих значеннях глибини різання та повздовжньої подачі. Припуск, що залишають на тонке розточування у межах 0,2–0,35 мм на сторону, знімають за два робочих хода. При першому ході знімають 3/4 припуску, при другому – 1/4. Охолодження при розточуванні зазвичай не використовують.

Внутрішнє планетарне шліфування застосовують, головним чином, для оздоблювання отворів діаметром більш 150 мм. Але є також координатні, планетарно-шліфувальні верстати, що дозволяють обробляти у корпусних деталях отвори діаметром від 10 мм і більше. У процесі обробки шліфувальний круг обертається навколо своєї осі та здійснює планетарний рух відносно осі оброблюваного отвору. Осьова подача здійснюється шляхом поздовжнього зворотно-поступового переміщення стола з заготовкою, шліфувального круга у радіальному напрямку. Припуск під оздоблювальне шліфування отворів складає 0,1–0,2 мм на діаметр.

Хонінгування використовують для оздоблювання наскрізних гладких отворів діаметром 25–500 мм у корпусних деталях, головним чином, із чавуна і сталі. Хонінгування являє собою процес чистової обробки циліндричних поверхонь дрібнозернистими абразивними брусками, що здійснюють обертовий та зворотно-поступовий рухи у напрямку осі отвору. Цей процес пристосований для досягнення високої точності розмірів та геометричної форми отворів, але він не дозволяє виправити положення осі отвору відносно бази. Хонінгування виконують на спеціальних одношпиндельних або багатошпиндельних верстатах з вертикальною або горизонтальною компоновкою. Одношпиндельні верстати мають значну універсальність; на верстатах з горизонтальним розташуванням шпинделя, що використовуються для обробки довгих заготовок, додатково обертається заготовка для зменшення похибки форми, яка обумовлена однобічним тиском хона.

Абразивні бруски, рівномірно розташовані по периметру хонінгувальної головки, за один хід знімають шар металу товщиною 0,3–0,5 мм. Кількість абразивних брусків в головці повинна бути кратна 3, а для обробки отворів малого діаметру використовують 1 брусок. Довжину брусків підбирають приблизно рівною діаметру отвору, а для хонінгування довгих отворів бруски повинні мати довжину L = (3–4)D. У процесі роботи вихід брусків за межі отвору складає 15–20 мм. Все це сприяє досягненню високої точності геометричної форми отвору.

Відношення швидкості окружного та зворотно-поступового руху встановлюють із умов отримання на циліндричній поверхні отвору перехресних штрихів під кутом 40–60 °.

Хонінгувальна головка зв’язана зі шпинделем верстата шарнірно, і у процесі роботи вона самовстановлюється по отвору. Розходження абразивних брусків відбувається автоматично за мірою знімання припуску. Хонінгування виконують з підвищеним охолодженням, для заготовок із чавуна застосовують емульсію, що забезпечує як охолодження, так і змащування, а для сталевих – керосин з домішкою парафіну.

У крупносерійному та масовому виробництві хонінгування здійснюють на високопродуктивних верстатах – автоматах при постійному автоматичному контролі отриманих у процесі обробки параметрів точності отвору.

Хонінгування раціонально виконувати після операції розточування, у результаті якого забезпечується необхідне відносне положення осі отвору. Для відповідальних корпусів хонінгування здійснюють після тонкого розточування, так як ці два процеси технологічно доповнюють один одного. Хонінгування особливо ефективне при необхідності обробки високоточних довгих отворів порівняно великого діаметру. У практиці машинобудування хонінгування широко використовують при обробці отворів у блоках циліндрів різних двигунів та компресорів, при обробці отворів під пінолі та висувні шпинделі у циліндрах та корпусах.

Розкочування отворів – метод оздоблювання, оснований на пластичному деформуванні оброблюваної поверхні. Розкочування виконують на свердлильних, токарних або спеціальних верстатах. Інструментом є різної конструкції багатороликові розкатники, які обертаються відносно осі отвору. Ролики розташовані рівномірно по периметру сепаратора і вільно обертаються навколо своєї осі. Ролики виготовляють з якісних інструментальних сталей, їх твердість після загартування HRCe 62–64.

Конструкція багатороликових розкатників дозволяє у певних межах регулювати отриманий діаметр отвору. Розкочування виконують після чистового розточування, точність отвору під розкочування складає 0,01–0,015 мм. Припуск, що залишається під розкочування, дорівнює 0,02–0,05 мм на діаметр. Розкочування не виправляє положення осі отвору, вона самовстановлюється по отвору, тому точність положення отвору відносно бази повинна забезпечуватися на розточувальній операції. Розвальцювання використовують для оздоблення наскрізних та глухих отворів у корпусах із матеріалів, здатних у холодному стані пластично деформуватися. Твердість таких матеріалів не перевищує HRCe 35–40. У результаті розвальцювання поверхневий шар ущільнюється і твердість збільшується на 20 %. Продуктивність розвальцювання вище, ніж хонінгування до 5 разів. Цей метод використовують для оздоблення довгих отворів у сталевих корпусних деталях типу корпусів гідроциліндрів, пінолей, поршневих та гвинтових насосів, гідравлічних стоїк та інших.

В одиничному та дрібносерійному виробництвах для отримання високої точності розмірів та геометричної форми отворів малих та середніх діаметрів застосовують притирку, яку виконують з використанням абразивних порошків та паст з використанням спеціальних притирів, або деталь по деталі. Ця операція не потребує спеціального верстатного обладнання, її виконують на свердлильних, токарних та інших верстатах або вручну. За допомогою притирки забезпечується необхідна ширина зазору у золотникових парах корпусів паливної, пневмо- та гідроапаратури.