4.3. Литейное производство

4.3.1. Общие сведения. Литейным производством назы­вается процесс получения фасонных отливок путем заполнения жидким металлом изготовленных для этой цели форм, где зали­тый металл затвердевает.

В России литейное производство было развито еще со времен Киевской Руси (IX-XI вв.). Общеизвестными более поздними произведениями литейного искусства старинных мастеров, дошедшими до наших дней, являются бронзовые Царь-пушка и Царь-колокол. Масса Царь-пушки более 39 т, она отлита в 1586 г., а масса царь-колокола около 200 т, и отлит он в 1735 г. При существовавшей тогда технике эти произве­дения являются, конечно, выдающимися памятниками искус­ства русских мастеров-литейщиков.

Методом литья, в зависимости от применяемой техноло­гии, можно получить законченные изделия или заготовки, кото­рые затем подвергают механической обработке.

Отливки можно изготавливать из чугуна и стали, меди и алюминия, медных, алюминиевых и других сплавов цветных и черных металлов. Литьем можно получить детали массой от не­скольких граммов (например, детали приборов) до сотен тонн (например, станины крупных станков) с толщиной стенки от 0,5 до 500 мм и более самой сложной конфигурации.

101

Рис. 4.4. Производственная структура машинострои­тельного предприятия

см. Аосновы отр техн сбор 2010а граф

102

В настоящее время мировое производство литья со­ставляет более 8 ·10⁷ т в год и охватывает более 1/3 всех опе­раций заготовительного производства. В общем машинострое­нии оно (по массе) занимает более 60% производства всех деталей машин. Литьем получают как многие металлоемкие, сложные по форме, но малоответственные изделия вроде ба­тарей отопления, так и весьма ответственные детали, какими являются автомобильные блоки цилиндров, поршни, турбин­ные лопатки, колеса, всевозможные станины, лопасти гидро­турбин и другие изделия. Литейное производство широко ис­пользуется в авиастроении, судостроении, приборостроении, радиоэлектронике, ракетостроении и атомной энергетике - при изготовлении отливок из тугоплавких сплавов. Большой спрос на литье наблюдается в химическом машиностроении, где ши­роко используются трудно обрабатываемые жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы.

Наибольшее количество литья - около 70% от массы всех отливок - производят из серого чугуна, далее идет сталь­ное литье (около 20 %), литье из ковкого чугуна (около 8%), из медных, алюминиевых, титановых и цинковых сплавов.

Современное литейное производство использует око­ло 50 различных технологий, при этом наиболее часто приме­няемыми являются следующие виды литья: в песчано-глинистые формы, в металлические формы (кокиль), под дав­лением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное литье, электрошлаковое литье, а также литье под низким давлением, вакуумным всасыванием, выжимани­ем, жидкой штамповкой.

Формы для заливки металлом применяются разовые (для одной заливки с последующим разрушением) и многоразо­вые. Рассмотрим основные виды литья.

4.3.2. Литье в песчано-глинистые формы. Литье в песчано-глинистые формы находит широкое применение при производстве крупногабаритных заготовок преимущественно из чугуна и стали. Для его технологического обеспечения изготав­ливается модельный комплект - набор приспособлений и ин­струментов, необходимых для изготовления формы. В этот на­бор входят:

• модель отливки - деревянное изделие, полностью соответ­ствующее по форме и размерам будущей отливке и предназна­ченное для получения в песчано-глинистой смеси соответст­вующей полости;

103

•         стержневые ящики - для изготовления стержней, которые уста­
навливаются в форму с целью создания внутренних полостей
или отверстий в отливке;

•  модель литниковой системы - деревянное приспособление,
предназначенное для образования в песчано-глинистой смеси
системы каналов, подводящих расплав в полость формы и от­
водящих газы;

•  опока - приспособление в виде жесткой рамы (открытого ящи­
ка), служащее  для удержания в нем формовочной смеси при
изготовлении форм, транспортирования и заливки металлом;

•  подмодельная плита - приспособление, на котором монтиру­
ются рассмотренные выше элементы.

Операции могут выполняться вручную, механизирован­ными и автоматизированными способами.

Модельная оснастка изготавливается из дерева, метал­ла, пластмасс, гипса и др. материалов. Выбор материала осна­стки зависит от применяемой технологии литья и серийности производства отливок.

Приготовление формовочных и стержневых сме­сей состоит в подготовке и смешивании формовочных материа­лов, к которым относятся огнеупоры (кварцевый песок, шамот -огнеупорный кирпич); связующие - для придания смеси прочно­сти (глина, смолы, жидкое стекло).

Технологический процесс литья состоит из следующих операций.

На подмодельную плиту 1 (рис. 4.5, а) устанавливается опока 3, в нее - нижняя часть модели 2, затем все засыпается глинисто-песчаной смесью, утрамбовывается, и накалываются отверстия для выхода газов (рис. 4.5, б). Затем опока перевора­чивается, на нее устанавливается верхняя часть модели 4 (рис. 4.5, в) и вторая опока. Снова засыпается смесью, устанав­ливаются литниковые модели 5 и 6 (рис. 4.5, г), делаются отвер­стия для выхода газов. Затем верхняя опока снимается, модель вынимается, вставляются стержни под будущие отверстия 7, форма собирается, сушится и поступает под заливку. Процессы формовки, как правило, механизированы.

После заливки металла в форму и его застывания фор­ма разбивается, выбиваются стержни, отливка (рис. 4.5, е) по­ступает на обрубку литника 8 и выпора 9 и на зачистку.

4.3.3. Литье в оболочковые формы. Литье в оболочко­вые формы применяют при массовом производстве отливок не­больших размеров (до 1 м и массой до 200 кг), преимущественно тонкостенных. На рис. 4.6 приведена схема получения оболочко­вой формы. Поворотный бункер 1 (рис. 4.6, а) наполняется фор­мовочной смесью из песка и термореактивной фенолоформаль-дегидной смолы. Затем нагретую до 150-220°С металлическую плиту 2 с закрепленной на ней металлической моделью устанав­ливают над бункером (4.6, б) и переворачивают вместе с ним (рис. 4.6, в). Формовочная смесь падает на нагретую модель, плавится, обволакивает тонким слоем модель и образует на ее поверхности пленку толщиной 6-8 мм. При обратном повороте бункера в нем остается избыток смеси, а на форме образуется оболочка (3, рис. 4.6, г). Для завершения реакции образования пленки оболочку вместе с плитой помещают на 30-40 сек. в печь 4 (рис. 4.6, д), нагретую до 250-300°С. Затвердевшую оболочку снимают с плиты толкателем (рис. 4.6, е), спаривают с другой оболочкой (полуформой) зажимами или склеивают и получают форму.

Собранную форму помещают в металлический ящик, за­сыпают песком и заливают металлом. После затвердевания от­ливки легко освобождаются от оболочки. В оболочковые формы заливают чугун, сталь, а также сплавы цветных металлов.

Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ: формовка легко автоматизируется с выдачей до 500 оболочек в час; точность отливок в оболочковые формы составляет 0,3-0,7 мм на 100 мм размера при высоком качестве поверхности, поэтому сокращается или отпадает необходимость механиче­ской обработки; расход формовочных материалов в сравнении с формовкой в опоках сокращается в 8-18 раз, отпадает необ­ходимость в опоках.

4.3.4. Литье по выплавляемым (выжигаемым) моде­лям. Сущность литья состоит в том, что модель изготавливает­ся из легкоплавкого или сгораемого материала, выплавляюще­гося (или сгорающего) при заливке формы металлом (рис. 4.7).

Литье по выплавляемым (выжигаемым) моделям приме­няют при производстве отливок сложной конфигурации из лю­бых литейных сплавов, в том числе из высоколегированных ста­лей, имеющих высокую температуру плавления и трудно под­дающихся механической обработке и ковке. Получаемые отлив­ки отличаются высокой точностью изготовления и чистотой об­работки.

Технологический процесс состоит из этапов:

1)   изготовление пресс-формы для производства  моде­
лей деталей и литниковых систем;

2) изготовление выплавляемых моделей путем заполне­
ния пресс-формы легкоплавким жидким или пастоообразным
составом (чаще из смеси стеарина с парафином);

3) изготовление моделей литниковой системы того же
состава;

4) сборка моделей и литниковой системы и покрытие их
огнеупорным составом из порошкообразного кварцевого песка с
добавкой раствора этилсиликата или жидкого стекла в качестве
связующего; этот облицовочный состав при прокаливании форм
образует прочную оболочку и обеспечивает точность отливки;

5) установка модели в опоке и засыпка ее песком;

6) заливка металлом с выплавкой (или выжиганием) моде­
ли.

Литьем по выплавляемым (выжигаемым) моделям изго­тавливают режущий инструмент, лопатки турбин и т.д.

4.3.5. Изготовление отливок центробежным литьем.

Сущность метода состоит в том, что жидкий металл заливают во вращающуюся литейную форму. Она вращается до застывания металла отливки. При этом металл центробежной силой прижи-

107

мается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и неметалличе­ские включения, обладающие меньшей плотностью, вытесняют­ся во внутренние полости отливки и затем их удаляют механи­ческой обработкой.

Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения формы размещают горизонтально (рис. 4.8, а, в). Если же диа­метр отливки больше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни), то ось вращения располагают вертикально (рис. 4.8, б).

В обоих случаях ось отливки совпадает с осью вращения формы, и внутренняя полость получается без стержней, а тол­щина стенки отливки определяется количеством заливаемого металла. Этот способ используют при изготовлении отливок, имеющих форму тела вращения. Использование высокопроиз­водительных центробежных установок, отсутствие стержней и работ, связанных с их производством, намного повышают про­изводительность труда, а отсутствие литниковой системы значи­тельно экономит металл.

108

Центробежное литье применяют в массовом, серийном и индивидуальном производстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах. Этим способом отливают фановые трубы (рис. 4.8, в), цилиндровые втулки, шестерни, шкивы, орудийные стволы и т.д.

4.3.6. Изготовление отливок в металлических фор­мах (кокилях). Сущность заключается в том, что вместо разо­вой песчано-глинистой формы используют металлическую форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению с песча-но-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высо­кой теплопроводностью, кокиль обеспечивает мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность. При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что дает большую эконо­мию, повышает точность изготовления и чистоту поверхности. Обслуживание кокилей не требует высокой квалификации. Не­достаток кокилей - их высокая стоимость, что позволяет при­менять их только в серийном и массовом производстве. Кроме того, при этом способе могут появляться трещины на отливке при ее остывании из-за неподатливости металлических пресс-форм. Литье в кокиль применяется при массовом производстве отливок из черных и цветных металлов.

Кокиль изготавливают из чугуна или стали. При литье из легких сплавов применяют стальные и чугунные стержни, при литье из стали, чугуна и медных сплавов - песчаные стержни.

На рис. 4.9 приведена форма, подготовленная к заливке. Она состоит из двух разъемных половинок кокиля 1,2; стержня 3 и крышки 4 с отверстиями для заливки. Для предотвращения отбела чугуна и разгара кокиля на его поверхность наносят тонкую песча-но-смоляную облицовку или краску. После заливки и остывания металла кокиль открывается и вынимается отливка, причем она не требует дальнейшей обработки. При литье из легкоплавких спла­вов цветных металлов кокиль выдерживает десятки тысяч заливок, из стали и чугуна - от 100 до 5000 заливок в зависимости от раз­мера отливок.

109

лением состоит в том, что пресс-форма заливается жидким ме­таллом под принудительным давлением. Литье под давлением применяют главным образом для алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов. Давление обеспечивает быстрое и хорошее заполнение пресс-формы, высокую точность и малую шерохова­тость поверхности. Так как стоимость пресс-формы высокая, то литье под давлением применяют только в массовом производ­стве, когда в одной и той же форме можно получить до тысячи и более отливок. Производительность машин очень высокая - до 3000 отливок в час при работе в автоматическом режиме.

Машины для литья под давлением имеют холодную или горячую камеру прессования.

Машины с холодной камерой прессования приме­няют для литья алюминиевых, магниевых и медных сплавов, при этом сначала в камеру заливается дозированное количество металла из печи, затем производится прессование.

На рис. 4.10,а приведена рабочая зона машины с холод­ной камерой прессования 1. Дозированное количество расплав­ленного металла предварительно заливается в камеру, затем плунжер (поршень) 2 давит на залитую порцию металла 3 и на пяту 4, которая перемещается вниз, открывает отверстие литни­ка 5, и металл, через мундштук 8, заполняет пресс-форму. Не­подвижная часть пресс-формы 9 и подвижная 11 (рис. 4.10,б) составляют полость, соответствующую отливке. Стержень 10 ну­жен для образования отверстия. Затвердевание отливки длится несколько секунд, после чего форма открывается и готовая от­ливка 6 выталкивается из формы толкателем 7.

Машины с горячей камерой прессования применяют для литья из цинковых сплавов. Камера 4 и тигель¹ 5 (рис. 4.11) представляют собой чугунную отливку, которая нагрева­ется индуктором 6, и сплав поддерживается в жидком со­стоянии. При поднятом плунжере 3 (как на схеме) сплав через отверстие 2 переливается из тигля в камеру. При движении вниз плунжер перекрывает отверстия 2, сплав заполняет полость пресс-формы 1 и затвердевает. После застывания металла пор­шень снова поднимается и металл из тигля через отверстие 2 сливается в камеру 4. Пресс-форма раскрывается и отливка вы­талкивается.

111

ся разрежение, и расплав ее заполняет. После заполнения формы расплавом и затвердевания отливки разрежение снима­ется, и отливка извлекается из формы.

Непрерывное литье заключается в том, что расплав не­прерывно и равномерно заливается в охлаждаемую водой фор­му (кристаллизатор), из которой затвердевшая отливка в виде квадрата, прутка, трубы или другого профиля вытягивается спе­циальным устройством и после дополнительного охлаждения разделяется на мерные заготовки.

Литье армированных деталей. Армирование - это соеди­нение в один блок двух или более сплавов, обладающих разными свойствами и неодинаковой температурой плавления, например, металлические сплавы и неметаллические материалы (пластмас­сы, керамика, металлокерамика и др.) Армирование повышает износостойкость и снижает материалоемкость литых деталей.

Литье с окунанием. Очищенная от оксидов стальная деталь помещается, например, в расплав бронзы, который при­варивается к её стенкам и, в зависимости от продолжительности выдержки, намораживается заданным слоем. Способ применяют для изготовления биметаллических отливок.

Основными направлениями развития технологии литей­ного производства являются:

>     развитие высокоточных и безотходных технологий;

>     стремление к полной автоматизации и расширение сфе­
ры применения компьютерной техники;

>     развитие работ по полной регенерации отходов или без­
вредной для окружающей среды их утилизации.

Актуальность экологического направления подтверждают следующие данные: при производстве 1 т отливок литьем в разо­вые песчаные формы в атмосферу выбрасывается около 1600 м³ вредных веществ, в водный бассейн поступает 3000 м³ сточных

4.4. Обработка металла давлением

4.4.1. Прокатное производство. Прокаткой называется обработка металлов давлением путем обжатия слитка или заго­товки между вращающимися валками прокатного стана для уменьшения их сечения и придания им заданной формы. Про­каткой получают изделия с постоянным по длине сечением (прутки, арматуру, трубы, балки, фасонный профиль, листы и т.д.) или с периодически изменяющейся по длине формой. Про-

112

катка - завершающая часть полного металлургического произ­водства.

Прокатка осуществляется на прокатных станах (рис. 4.12, 4.13). Прокатываемый слиток увлекается силой трения, возникающей между валками и слитком, при этом валки обжи­мают слиток и при прокручивании придают его поперечному се­чению соответствующую форму - профиль. Прокатка подразде­ляется на горячую - с предварительным нагревом металла - и холодную.

Валки подразделяются на листовые - для получения листов, и сортовые - для получения фасонного металлопроката - рельсов, балок и т. д.

Первичную прокатку делают на мощных станах - блю­мингах для последующего проката заготовок в сортовой прокат и слябингах - для последующего получения листа. Соответственно, заготовки называются блюмы (сечением от 150 ×150 до 450 × 450) и слябы (толстые плиты толщиной до 350 мм).

Станы для прокатки готовых изделий подразделяются на сортовые (для получения сортового проката), листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные и специального назначения.

Сортамент проката. Форма поперечного сечения про­ката называется профилем. Совокупность форм и размеров про­филей называется сортаментом. Сортамент разделяется на 4 группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат (рис. 4.14) делят на профили простой геометрической формы - квадрат (1), шестигранник (2), круг (3), прямоугольник и фасонные - швеллер, тавр, двутавр, угловой прокат и др., а также профили специального назначения для различных отраслей промышленности.

Листовая сталь делится на толстолистовую (4-160 мм), тонколистовую - до 4 мм и фольгу - толщиной менее 0,2 мм. Листовой прокат из стали и цветных металлов в отдельных слу­чаях подразделяют и называют по применению: автотракторная сталь, кровельная жесть, трансформаторная сталь и т.д. При­меняют прокат с оловянным, цинковым, алюминиевым и пласт­массовым покрытием. Листы, полученные холодной прокаткой, имеют более равномерную толщину и высокую чистоту поверх­ности.

Цветные металлы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный и шес­тигранник. К специальным видам проката относятся вагонные колеса, шары, периодический прокат и т.д.

При холодной прокатке тонколистовой стали для снятия наклепа¹ применяют промежуточный отжиг с последующим про­травливанием поверхности для снятия окалины - такие листы называются декопированными. Они широко применяются для листовой штамповки деталей.

4.4.2. Производство труб. Трубы подразделяются на сварные и бесшовные или цельнотянутые.

Производство бесшовных труб. Бесшовные трубы значительно дороже сварных, отличаются большей точностью, лучшей поверхностью и могут обтачиваться. Производство бес­шовных труб состоит из следующих операций.

На прошивочных станах поперечно-винтовой прокатки с валками 1 (рис. 4.15, а), оси которых расположены под углом 4-14° друг к другу, получают из заготовки 2 толстостенную гиль-

Наклеп - поверхностное изменение кристаллической структуры металла при его обжатии валками.

115

зу. Рабочие валки и поддерживающие ролики вращаются в од­ном направлении, при этом заготовка получает винтообразное поступательное движение. Образование отверстия достигается движением заготовки через оправку 3. После прошивки и нагре­ва гильза поступает на раскатный стан.

Рис. 4.15. Производство бесшовных труб

На раскатном стане полученная гильза раскатывается между двумя валками на оправке (рис. 4.15, б). Зазор между оп­равкой и калибром валка определяет толщину стенки трубы. По­сле обкатки трубы подвергают калибровке для получения окон­чательных размеров.

Производство сварных труб. Сварные трубы, диа­метр которых достигает 2500 мм, значительно дешевле бесшов­ных, но менее прочны, имеют худшую поверхность и не могут обтачиваться. Заготовкой для сварных труб служат лента или листы шириной, равной длине окружности трубы.

Технологический процесс изготовления сварных труб со­стоит из следующих операций (рис. 4.16): 1) формовка плоской заготовки в трубу (а); 2) сварка трубы (б); 3) отделка и правка.

При производстве труб диаметром 10-114 мм и толщи­ной стенки 1,8-5 мм (в основном, водогазопроводных) посту­пающая в рулоне полоса разматывается, правится, обрезается, сваривается электросваркой с задним концом предыдущего ру­лона и поступает в нагревательную туннельную печь, где нагре­вается до 1300-1350 °С. Затем заготовка последовательно про­ходит через 6-12 клетей непрерывного стана, где происходит формовка и сварка прижатых между валками друг к другу встык кромок трубы (рис. 4.16, а). Выходящая из стана труба разреза­ется пилой на куски 4-12 м и калибруется на калибровочном стане.

При производстве труб диаметром 400-1800 мм с тол­щиной стенок 6-15 мм и со спиральным швом (для изготовления конструкций нефте- и газопроводов) заготовка формуется ана­логично рассмотренному выше и сваривается электродуговой сваркой под слоем флюса (рис. 4.16, б).

4.4.3. Прессование. Прессованием называется способ обработки металлов давлением, при котором металл выдавли­вается из замкнутой полости через отверстие с получением профиля по форме отверстия. Прессованные изделия получа­ются более точными, чем катанные.

Прессованием получают прутки диаметром 5-250 мм, проволоку диаметром 5-10 мм, трубы с наружным диаметром 20—400 мм и толщиной стенки 1,5-12 мм. Благодаря гибкости и легкости переналадки прессованием выгоднее, чем прокаткой, изготавливать малые серии изделий. Различают прямое и об­ратное прессование.

При прямом прессовании (рис. 4.17, а) пуансон (пор­шень) 1 давлением на планшайбу 2 выталкивает металл 3 из контейнера 4 через отверстие в матрице 5 с получением прутка, имеющего сечение по форме отверстия.

При получении трубы (рис. 4.17, б) металл сначала про­шивается иглой 6, проходящей через полый пунсон 1, и затем, под давлением планшайбы 2, выдавливается в виде трубы 3 через кольцеобразное отверстие, образуемое иглой 6 и стенка­ми отверстия матрицы. При обратном прессовании (рис. 4.17, в) металл выходит через матрицу 5 и полый пуансон 6 в

117

направлении, обратном движению пуансона. Прессование про­изводится на гидравлических прессах с усилием 300 - 25 000 т.

Рис. 4.17. Схемы прессования изделий

4.4.4. Волочение. Волочением получают проволоку, прутки, стержни и трубы (рис. 4.18, а). Технологический процесс волочения состоит в протягивании прокатанных или прессован­ных заготовок через отверстие в матрице (волоке), поперечное сечение которого меньше диаметра заготовки.

Волочением изготавливают прутки, проволоку диамет­ром от 10 до 0,002 мм (рис. 4.18, б), трубы диаметром до 500 мм и толщиной стенки 0,1-10 мм высокой точности с блестящей поверхностью. Волочение труб без оправки (рис. 4.18, в) произ­водится при уменьшении только диаметра трубы, с оправкой -при уменьшении диаметра и стенки трубы (рис. 4.18, г). В про­цессе волочения металл разогревается.

4.5. Кузнечно-штамповочное производство

118

4.5.1. Ковка. Ковка - процесс деформирования нагретой заготовки последовательным ударным воздействием молота или закрепленного в нем инструмента.

Ковка бывает машинной (на молотах и прессах) или руч­ной. Изделие, полученное ковкой, называется поковкой. Поковки имеют разнообразную форму и по массе могут быть от несколь­ких граммов до 300 и более килограммов.

Самое сложное по форме металлическое изделие можно получить, выполняя в определенной последовательности ос­новные операции ковки: осадку, вытяжку, рубку, прошивку, рас­катку, разгонку, обкатку и др. (рис. 4.19).

Осадка -увеличение поперечного сечения заготовки за счет высоты ударом по ее верхней поверхности.

Вытяжка - удлинение заготовки ударами молота по ее поверхности с поворотом на 90º за счет уменьшения поперечно­го сечения.

Рубка - отделение части металла с помощью зубила или топора.

Прошивка (пробивка) отверстий с помощью прошвиня (пробойника) с установкой заготовки на приспособление в виде кольца.

Гибка - применяется для гибки заготовки.

119

Раскатка - операция уменьшения толщины стенки ци­линдра с помощью оправки или приспособления.

Имеется ряд других операций, сущность которых так­же заключается в изменении формы нагретой заготовки удар­ными воздействиями молота с применением различных инст­рументов.

Для ковки используются пневматические и паровоздуш­ные молоты, молоты, работающие под воздействием пара и гидравлические прессы, где давление создается маслом, посту­пающим в рабочий цилиндр. Основной характеристикой молота является масса его падающих частей. Имеются молоты с весом падающих частей от 150 кг до 16 т.

Пневматический молот (рис. 4.20) имеет два парал­лельных цилиндра - рабочий 4 и компрессионный 5. В рабочем цилиндре движется поршень 3, связанный с бабой-бойком 2. Компрессионный поршень 8, приводимый в движение двигате­лем с кривошипно-шатунным механизмом 9, сжимает по­очередно воздух в нижней и верхней полостях компрессорного цилиндра 5 и направляет его по каналам 6, в результате чего происходит опускание (удар) и подъем молота. Для выпуска воздуха из цилиндра и его впуска используются краны 7, управ­ляемые педалью 1. Пневматические молоты дают возможность делать отдельные удары автоматически и поддерживать молот в поднятом состоянии или прижимать его к заготовке. Вес па­дающей части пневматических молотов колеблется от 50 до 1000 кг.

Паро-воздушные молоты приводятся в движение паром или сжатым воздухом, поступающим под давлением 0,4-0,8 Мн/м² (4-8 кГ/см²). Удар молота по заготовке происходит под действием его силы тяжести или под действием силы тяже­сти молота и давления пара.

На рис. 4.21 показана схема работы широко используе­мого в промышленности гидравлического пресса.

Действие пресса основано на законе Паскаля, согласно которому давление, производимое внешними силами на поверх­ность жидкости, одинаково передается по всем направлениям.

Давление (до 20 МПа) в рабочем цилиндре 1 создается подачей в него гидравлической жидкости (минерального масла). Через плунжер (поршень) 2 и траверсу (поперечину) 3 давление передается на боек 4, который и деформирует заготовку 5.

Гидравлические прессы применяются для получения тя­желых поковок из слитков, масса которых достигает 250 т, а так­же в штамповочном производстве и при переработке пластмасс. Они могут создавать давление до 70 000 т.

4.5.2. Горячая объемная штамповка. Объемная штам­повка - процесс изготовления поковки путем заполнения разо­гретым металлом полости штампа (рис. 4.22). Производитель­ность штамповки в 50-100 раз выше, чем ковка, дает высокую точность, но требует изготовления дорогостоящих штампов, по­этому применяется только в массовом и серийном производстве и при изготовлении деталей массой менее 10 кг.

Штамп представляет собой два стальных бруска, имею­щих внутренние полости 1 и 2. Они выполнены точно по форме будущей детали и называются ручьями. Нагретая заготовка по­мещается в полость нижней части штампа. Под воздействием мо­лота верхняя часть штампа выдавливает металл с заполнением им ручьев штампа. Излишки металла (3) выдавливаются в коль­цеобразную полость и обрезаются при последующей обработке.

При сложной форме заготовки она обрабатывается на многоручьевом штампе (рис. 4.23). В этом случае заготовка при прессовке перекладывается из одного ручья штампа в другой с постепенным доведением ее формы до необходимой конфигу­рации (рис. 4.23, операции 1-5).

4.5.3. Листовая холодная штамповка. Листовой штам­повкой называется процесс изготовления деталей в штампе из листа, полосы или рулонного материала. Толщина деталей не превышает 10 мм. Она отличается высокой производительностью - до 40 тыс. деталей в смену, полученные детали не требуют дальнейшей доработки. В автомобильной промышленности штамповкой получают до 60% деталей, в приборостроении - до 70%, в ширпотребе -до 95%.

Штампы подразделяются на вырубные - для вырубки отверстий, гибочные, отрезные и вытяжные - для вытяжки цилиндров (рис. 4.24).

Вырубной штамп состоит из матрицы 4 — нижняя часть штампа, в которой сделано отверстие по форме вырубае­мой детали, и пуансона 3 - стержня, поперечное сечение кото­рого сделано точно по форме отверстия в матрице. Матрица закрепляется на нижней плите 5, плита - на столе пресса. Пу­ансон закрепляется в верхней плите 2, плита - с помощью хво­стовика 7 закрепляется в подвижной части пресса. Заготовка (лист или полоса металла) помещается между съемником и матрицей. При включении пресса пуансон опускается, проходит через заготовку и вырубает соответствующую деталь (простей­ший вид штампа - дырокол). Деталь падает через отверстие в нижней плите в сборник, пуансон поднимается наверх, а заго­товка автоматически передвигается для следующей вырубки.

Съемник 6 служит для того, чтобы при движении пуансо­на вверх он, за счет трения, не повлек за собой заготовку. На­правляющая колонка 1 служит для управления движением мат­рицы.

В гибочном штампе пунсон прижимает металл к стен­кам матрицы и таким образом формует деталь.

В вытяжном штампе пуансон при опускании в отвер­стие матрицы вытягивает цилиндр. Профиль пуансона делается меньше отверстия в матрице на толщину стенки цилиндра и кромки пуансона закругляются, чтобы не произошла вырубка. Готовая деталь выталкивается толкателем 8. При глубокой вы­тяжке из стального проката делается его неоднократный отжиг, чтобы металл был более мягким и пластичным. Штамповка осу-

124

ществляется на кривошипных, винтовых и гидравлических прессах. В единичном и мелкосерийном производстве широко применятся винтовой пресс (рис. 4.25). Нижняя половина штам­па 2 установлена на столе 1. Вращение от двигателя 6 через систему передач подается на винт 4. Вращаясь в гайке 5, он пе­редвигает верхнюю половину штампа вниз и производит соот­ветствующую работу (вытяжку, вырубку и т.д.)

Рис. 4.25. Винтовой пресс

4.5.4. Особые способы листовой штамповки. В мел­косерийном производстве, где применение сложных по конст­рукции штампов не всегда экономично, а также при формовке деталей из трудноформируемых сплавов, могут применяться упрощенные способы формовки деталей: взрывной волной, электрогидравлическая и электромагнитная штамповка, штам­повка резиной и т.д.

Для изготовления деталей сложной формы из трудно-формируемых сплавов применяется штамповка взрывом (рис. 4.26, а). В этом случае матрица с закрепленной на ней за­готовкой помещается в железобетонный бассейн. Взрывной волной через воду, которой заполнен бассейн, заготовка отжи­мается к поверхности матрицы и принимает ее форму.

125

Электрогидравлическая штамповка (рис. 4.26, г) отличается тем, что вместо взрыва используется энергия элек­трического разряда напряжением 20-30 кВ, который производят в жидкости над заготовкой. Возникающее при разряде электро­магнитное поле прижимает заготовку к матрице.

Рис. 4.26. Особые виды штамповки

При электромагнитной штамповке заготовку закре­пляют над матрицей, над ней - индуктор в виде соленоида или плоской спирали. При прохождении по нему тока величиной до 120 000 А в заготовке возникают вихревые токи, которые оттал­кивают ее от индуктора к матрице.

Для формовки деталей из мягких металлов и сплавов применяют штампы, где вместо пуансона используется резина или полиуретан (рис. 4.26, б), которые под давлением прижима­ют заготовку к матрице. Для этой же цели используются штампы, где давление до 20 МПа создается жидкостью (рис. 4.26, в), по­даваемой в резиновый мешок (выполняет роль пуансона) насо­сом.

В штамповочном производстве широко используются программное управление всем процессом штамповки и робото­техника для выполнения операций транспортировки, переходов, установки заготовок в рабочую зону, передачи ее от перехода к переходу, снятия заготовок со штампов.

126 4.6. Обработка конструкционных материалов резанием

4.6.1. Общие сведения. Обработкой металлов резани­ем называется процесс, при котором режущим инструментом снимается слой материала заготовки для получения детали нужной формы, заданных размеров и шероховатости (чисто­ты обработки). На металлорежущих станках получают оконча­тельно готовые, не требующие дальнейшей обработки детали. В качестве заготовок используются отливки, поковки, штамповка, сортовой прокат и другие материалы.

При обработке резанием заготовка и режущий инстру­мент совершают определенные движения. Они подразделяются на рабочие движения, в процессе которых происходит снятие стружки, и вспомогательные - для подготовки узлов станка к этому процессу. Рабочее движение подразделяется на главное - снятие стружки резцом и подачи - перемещение резца в на­правлении обработки заготовки. Например, при сверлении вра­щение сверла является главным движением, а перемещение сверла вдоль оси является движением подачи.

На рис. 4.27 приведены примеры основных видов обра­ботки конструкционных материалов резанием.

Точение (рис. 4.27, а). Главным движением является вра­щение заготовки вокруг оси, а движением подачи - поступатель­ное перемещение инструмента относительно заготовки вдоль ее оси, перпендикулярно или под углом к ней. Точением обрабаты­вают преимущественно поверхности тел вращения на токарных, карусельных, револьверных и расточных станках, токарных авто­матах и полуавтоматах. Оно применяется для обработки цилинд­рических, конических, фасонных внешних и внутренних поверхно­стей, торцовых поверхностей, а также для нарезания резьбы и высверливания отверстия по центру заготовки.

Фрезерование (рис. 4.27, б). При фрезеровании глав­ным движением является вращение инструмента - фрезы, а движением подачи - поступательное перемещение заготовки или фрезы. Применяя различные фрезы и фрезерные станки, можно обрабатывать различные поверхности и их комбинации: плоские и криволинейные поверхности, уступы, пазы и т.д.

Сверление (рис. 4.27, в). При обработке отверстий на сверлильных станках главным движением является вращение инструмента, а движением подачи - перемещение инструмента вдоль своей оси. Сверлением получают отверстия в сплошном материале или увеличивают размеры имеющихся отверстий. На сверлильных станках может нарезаться внутренняя резьба.

Строгание (рис. 4.27, г). Главным движением при строга­нии является возвратно-поступательное перемещение резца - на

127

поперечно-строгальных станках или заготовки на - продольно-строгальных. Движением подачи является, соответственно, пе­риодическое перемещение заготовки или резца. Чаще всего стро­гание используют для обработки крупных плоскостей или плоско­стей, требующих высокой точности обработки.

плоских внутренних поверхностей в заготовках.

Протягивание (рис. 4.27, е) осуществляют с помощью специального инструмента - протяжки, имеющей на рабочей части зубья, высота которых равномерно увеличивается вдоль протяжки. Главным движением является продольное перемеще­ние инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание -производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной поверхности за­готовки.

Прошивание (рис. 4.27, ж) отверстий производится аналогично протягиванию, только здесь инструмент через от­верстие проталкивается.

128

Шлифование (рис. 4.27,з, и). При шлифовании глав­ным движением является вращение шлифовального круга. Дви­жение подачи обычно комбинированное и слагается из несколь­ких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании -это вращение заготовки, продольное перемещение ее относи­тельно шлифовального круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

4.6.2. Металлорежущие станки: классификация, на­значение и маркировка. В основу отечественной классифика­ции станков положен технологический принцип, согласно кото­рому все станки делятся на классы, исходя из общности техно­логической схемы обработки, типа применяемых режущих инст­рументов и геометрических форм обрабатываемых поверхно­стей.

В соответствии с классификацией, разработанной Экс­периментальным научно-исследовательским институтом метал­лорежущих станков (ЭНИИМС), все серийно выпускаемые стан­ки разделены на девять групп (см. табл. 4.1). Каждая группа подразделяется на 9 подгрупп или типов по специфике конст­руктивных и технологических особенностей (положение резца, количество шпинделей и т.д.).

В соответствии с этой классификацией каждому станку присвоен буквенно-цифровой индекс. Он включает в себя три или четыре цифры: первая определяет номер группы, вторая -тип, третья или третья и четвертая - типоразмер станка. Он позволяет оценить максимальный размер заготовки, которую можно обрабатывать на данном станке (высоту центров - для токарно-винторезного станка, наибольший размер просверли­ваемого отверстия - для сверлильных станков, условный раз­мер стола -для фрезерных и строгальных станков и т.д.).

В обозначение могут входить буквы А, К, М, Н и др. Буква после первой цифры указывает на то, что данный станок является модернизированным по сравнению с моделью, не содержащей буквы в индексе. Буква после последней цифры означает, что ста­нок видоизменен (модифицирован) по сравнению с базовой моде­лью. Например, обозначение станка с индексом 162 свидетельст­вует, что станок относится к группе токарных станков (1), к под­группе токарно-винторезных станков (6) и его основной пара­метр, определяющий типоразмер станка - расстояние от стола до оси шпинделя, составляет 200 мм (2), что позволяет обрабаты­вать детали с максимальным диаметром до 400 мм.

Буква К в индексе модели станка 1К62 показывает, что это модернизированный (улучшенный) станок, выполненный на базе модели станка 162. Буквы ПУ в индексе модели станка

129

1К62ПУ говорят о том, что это модернизированный станок, вы­полненный на базе станка 1К62 и оснащенный системой число­вого программного управления (станок с ЧПУ).

Кроме этой основной системы имеются и другие системы классификации.

По степени универсальности станки делятся:

>       на универсальные, предназначенные для выполнения
различных работ при обработке разнообразных заготовок (токар-
но-винторезные,  сверлильные,  фрезерные,  шлифовальные  и

т.д.);

>     на специализированные, предназначенные для про­
изводства деталей, аналогичных по форме, но имеющих раз­
личные размеры (ступенчатых валиков, колец подшипников
качения и т.п.);

>     на специальные для обработки деталей определенно­
го типоразмера.

По степени точности станки разделены на 5 классов: нор­мальной точности (Н), повышенной точности (П), высокой точно­сти (В), особо высокой точности (А) и особо точные станки (С).

По массе станки разделяют на легкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжелые (до 100 т) и уникальные (свыше 100 т).

По степени автоматизации станки подразделяют на станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и стан­ки с программным управлением.

4.6.3. Основные механизмы и узлы станков. Все стан­ки состоят из трех основных механизмов - двигательного (электродвигатель), передаточного и исполнительного. Пере­даточный механизм - совокупность устройств, служащих для передачи движения от двигателя к исполнительным органам - к столу, к суппорту с режущим инструментом, к шпинделю и т. д.

Станочное оборудование имеет ряд узлов и деталей, ко­торые предназначены для выполнения аналогичных для всех классов оборудования функций, хотя они и отличаются по кон­структивному исполнению.

Классификация

 

 

 

 

 

 

Наименование	Гр.	Типы
		1	2	3	4
Токарные	1	Автоматы и полуавтоматы		Револьвер­ные
		одношпин-дельные	многошпин­дельные

 

130

 

 

 

 

 

 

 

 

Сверлильные и расточные	2	Вертикаль­но-свер­лильные			Координат-но-расточные
Шлифовальные, полировальные, доводочные	3	Круглошли-фовальные	Внутри-шлифо­вальные	Обдирочно-шлифо-вальные, торцово-шлифоваль-ные	Специали­зированные шли­фовальные
Станки для элек­трофизической и электрохимиче­ской обработки, комбинированные станки	4	Универ­сальные	Полуавто­маты	Автоматы	Электрохи­мические
Зубо- и резьбооб-рабатывающие	5	Зубодол-бежные для цилиндри­ческих колес	Зуборезные для кониче­ских колес	Зубофре-зерные для цилиндр, колес, шли-цефрезер-ные	Зубофре-зерные для червячных колес
Фрезерные	6	Вертикаль­но-фрезер­ные кон­сольные	Фрезерные непрерыв­ного дейст­вия	Продольно-фрезерные одностоеч­ные	Копиро­вальные и гравиро­вальные
Строгальные, долбежные, про­тяжные	7	Продольно-строгальные		Поперечно-строгальные	Долбежные
		одностоеч­ные	двухстоеч-ные
Разрезные	8	Отрезные, работающие
		токарным резцом	абразивным кругом	фрикцион­ным диском
Разные	9	Муфто- и трубообра-батываю-щие	Пилонасе-кательные	Правильно-и бесцен-тровообди-рочные

Таблица 4.1

металлорежущих станков

 

станков
5	6	7	8	9
Карусельные	Токарные, то-карно-винто-резные, лобо­вые	Многорезцо­вые	Специализи­рованные, затыловочные	Разные токар­ные
Радиально-расточные	Горизонталь­но-расточные	Отдел очно-расточные	Горизонталь-но-сверлиль-	Разные свер­лильные и

 

131

 

			ные и центро­вальные	расточные
	Заточные	Плоскошли­фовальные	Притирочные, полироваль­ные, хонинго-вальные	Разные станки, работающие абразивом
Электро­искровые		Электроэрози­онные, ультра­звуковые	Анодномеха-нические
Для обра­ботки торцов зубьев колес	Резьбофре-зерные	Зубоотдел оч­ные и шевин-говальные	Зубо- и резь-бошлифо-вальные	Разные зубо-обрабаты-вающие
Вертикаль­ные бескон­сольные	Продольно-фрезерные двухстоечные	Широкоуни­версальные	Горизонталь­но-консольные	Разные фре­зерные
Протяжные горизонталь­ные	Протяжные для внутренне­го протягива­ния	Вертикальные для наружного протягивания		Разные стро­гальные
Ленточные пилы	Дисковые пилы	Ножовочные пилы
Для испыта­ния инстру­мента	Делительные машины	Балансиро­вочные

 

132

К таким деталям и узлам станка относятся:

станина - корпусная часть станка, на которой закреп­ляются остальные детали и узлы станка. Изготавливается лить­ем из чугуна или сваркой из стальных листов;

стол - часть станка, служащая для установки заготовки;

суппорт - узел для закрепления заготовки или инстру­мента и передачи им движения;

шпиндель - вал, на котором закрепляется в патроне инструмент или заготовка.

Подшипник - опорная деталь из прочного сплава, исполь­зуемая для уменьшения трения между движущимися элементами механизма. Они подразделяются на подшипники качения и под­шипники скольжения. В подшипниках качения для передачи дви­жения используются шарики или ролики, в подшипниках скольже­ния используется антифрикционный материал, вставляемый в виде цилиндра между поверхностями вращающейся и неподвиж­ной детали.

Для передачи движения от двигателя к исполнительным механизмам служат передачи (рис. 4.28).

Фрикционная передача (рис. 4.28, а, б, в) пред­ставляет собой передачу, в которой вращательное движение передается с помощью сил трения, возникающего между дис­ками, конусами или колесами, насаженными на валы и при­жимаемыми друг к другу. Передача широко применяется в технике для исключения резких торможений и пусков (напри­мер, в автомобиле - диск сцепления, в радиоприемниках -диск настройки и т.д.).

Цепная передача (рис. 4.28, г) осуществляется с по­мощью специальной цепи 3 и двух звездочек - 1 и 2 (например, в велосипеде).

Ременная передача (рис. 4.28, д) осуществляется плоскими, клиновыми, иногда круглыми ремнями 2 через закре­пленные на двух валах шкивы 1 и 3.

Зубчатая передача (рис. 4.28, е, з) осуществляется с помощью зубчатых колес (шестерен), обеспечивает постоянное передаточное число и широко используется в металлорежущих станках.

Червячная передача (рис. 4.28, ж) состоит из червяч­ного колеса 1 и червяка 2 и используется для резкого изменения скорости (до 300 раз).

Для преобразования вращательного движения в воз­вратно-поступательное наиболее часто применяются реечные, винтовые, кулачковые и кривошипные механизмы.

Реечный механизм (рис. 4.28, и) состоит из соединен­ных в пару рейки и зубчатого колеса. При вращении колеса рей­ка совершает поступательное движение (например, в токарно-винторезном станке).

В винтовом механизме при вращении неподвижно ус­тановленного винта (или гайки) поступательное движение со­вершает вращающаяся гайка (или, соответственно, винт), со­единенная с исполнительным механизмом.

В кривошипном механизме (рис. 4.28, к) вращающее­ся звено - кривошип или коленчатый вал приводит в возвратно-

134

поступательное движение спаренные с ним (шарнирно) звенья (в приведенном примере вращательное движение кривошипа 1 передается через шатун 2 на двигающийся поступательно и свя­занный с исполнительным органом ползун 3).

В кулачковом механизме (рис. 4.28, л) расположенные на распределительном валу вращающиеся выступы 1 - кулачки приводят в возвратно-поступательное движение соединенные с ними стойки 2.

4.6.4. Токарные станки. На станках токарной группы об­рабатываются цилиндрические, конические наружные и внут­ренние поверхности тел вращения, а также плоскости, перпен­дикулярные к оси вращения. Токарные станки составляют осно­ву станочного парка.

Устройство станка. Все детали и узлы станка смон­тированы на станине (рис. 4.29) - массивной чугунной плите с двумя тумбами. В левой тумбе установлен главный электродви­гатель, в правой расположены насос и резервуар для подачи охлаждающей жидкости. Верхняя часть станины имеет две на­правляющие, по которым прямолинейно перемещаются подвиж­ные узлы - суппорт и задняя бабка.

Передняя бабка 2-чугунная литая конструкция, рас­положенная на станине слева. Внутри нeё установлен главный рабочий орган станка - шпиндель 3, представляющий собой по­лый вал, который вращает заготовку. На его правом конце кре­пится технологическая оснастка (патроны, цанги, планшайбы и центры)¹ для установки и закрепления обрабатываемой детали. Шпиндель получает вращение от электродвигателя через кли-ноременную передачу и коробку скоростей (систему зубчатых колес), размещенных внутри передней бабки.

Задняя бабка 5 предназначена для поддержания с по­мощью центра 13 второго конца заготовки или сверла, закреплен­ного в патроне задней бабки, при сверлении заготовки по центру.

¹ Патрон - приспособление, в котором закрепляется инструмент или заготовка; цанга - приспособление в виде разрезной втулки для зажима цилиндрических или конических предметов (заготовок); планшайба - плоское кольцо или диск, устанавливаемое на шпинделе для закрепления заготовки; центры - стальные конусы, применяемые для закрепления заготовки по центру ее вращения.

Рис. 4.29. Общий вид токарно-винторезного станка 1К62: 1 - коробка подач, 2 - передняя бабка, 3 - шпиндель, 4 - суппорт; 5 -задняя  бабка,  6 - рейка,  7 и  11  - передняя  и задняя тумба,

8        - фартук, 9 и 10- ходовые винт и вал, 12 - направляющие стани­
ны, 13 - центр конуса задней бабки

Коробка подачи 1 служит для настройки станка на нужную величину продольной или поперечной подачи резца и передачи движения от шпинделя к суппорту через ходовой винт

9        - при нарезании резьбы или ходовой валик 8 - при обработке
других поверхностей.

Суппорт 4 служит для закрепления в установленном на нем резцедержателе режущего инструмента и ручного или авто­матического его перемещения (подачи) относительно заготовки. Суппорт состоит из продольных салазок, перемещающихся по направляющим вдоль станка, и поперечных салазок, по которым перемещается резцедержатель перпендикулярно относительно заготовки.

Фартук 8- часть станка, где вращательное движение от двигателя преобразуется в поступательное движение суппорта с инструментом с помощью ходового винта 9 или вала 10.

Заготовка устанавливается одним концом в патрон пе­редней бабки, вторым укрепляется на конусе задней бабки. При вращении заготовки с ее поверхности резцом, установленным в суппорте, снимается слой стружки до заданного размера.

136

Основными параметрами станков являются: наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над станиной, и наиболь­шее расстояние между центрами.

К токарным станкам также относятся токарно-револь-верные, токарные лобовые, карусельные станки и станки-автоматы.

Токарно-револьверные станки (рис. 4.30) предназначе­ны для обработки небольших деталей в серийном и массовом про­изводстве. Устройство станка (рис. 4.30, а) аналогично токарно-винторезному станку: 1 - станина, на ней установлена передняя бабка 4 с коробкой скоростей 3, коробка подачи 2 и поперечный суппорт 5, но вместо задней бабки здесь установлен револьвер­ный суппорт 7 с револьверной головкой 6.

Он позволяет производить ряд операций, не перестраивая станок, за счет смены резцов, установленных в револьверной го­ловке и в поперечном суппорте. Отличается высокой производи­тельностью и простотой обслуживания.

Последовательность операций обработки заготовок на то-карно-револьверном станке следующая (рис. 4.30, б). Револьвер-

137

ная головка устанавливается таким образом, чтобы упор 1 встал напротив прутка, и пруток подается до упора. Затем суппорт от­ходит, головка автоматически поворачивается на 60° в положение 2, суппорт снова подводится к заготовке, и резцом 2 производится центровка отверстия. Затем, последовательным поворотом голов­ки в положение 3 и подачей ее в направлении прутка в заготовке просверливается отверстие (наполовину) с одновременным обта­чиванием двух ее цилиндрических поверхностей и фаски. В поло­жении 4 заканчивается сверление отверстия, в положении 5 - его развертывание, 6 - нарезка внешней резьбы. После этого револь­верная головка отводится и начинается обработка заготовки попе­речным суппортом, как на обычном токарном станке: 7- точение фасонным резцом, 8 - накатка, 9 - отрезка готовой детали. Ре­вольверная головка после каждой операции совершает возвратно-поступательное движение с автоматическим поворотом на 60º. Таким образом, используя 10 резцов, можно обрабатывать заго­товку без перенастройки станка.

Лобовые токарные станки (рис. 4.31) предназначены для обработки коротких деталей диаметром более метра.

Рис. 4.31. Общий вид лобового станка:

1 - станина; 2 - передняя бабка; 3 - планшайба; 4 - суппорт с резце­держателем; Snp - продольная подача; Sп - поперечная подача

Станок имеет массивную переднюю бабку 2 с планшай­бой 3, где закрепляется заготовка диаметром 1000-4000 мм. Заготовка обрабатывается по торцевой поверхности.

Карусельные одностоечные и двухстоечные токар­ные станки служат для обработки больших заготовок по торцевой и боковой поверхностям. Особенностью карусельных станков явля­ется наличие круглого горизонтального стола - планшайбы (кару­сели), вращающейся вокруг вертикальной оси и имеющей диаметр

138

до 1 м, что позволяет обрабатывать детали диаметром более мет­ра.

Двухстоечный токарно-карусельный станок (рис. 4.32) имеет планшайбу 1, установленную на станине и служащую для установки заготовки, и стойки 2, соединенные поперечиной. По вертикальным стойкам перемещается и устанавливается над заготовкой траверса 4. На траверсе установлен верхний суп­порт 5 и револьверный суппорт 6, на правой стойке - суппорт 3 с резцедержателями и режущими инструментами. Суппорты рабо­тают автономно и позволяют полностью обрабатывать заготовку со всех сторон, кроме базовой.

Рис. 4.32. Общий вид токарно-карусельного станка: Sr - подача в горизонтальном направлении; Sв - подача в вертикальном направлении; Sy - установочные перемещения;

1-планшайба, 2-стойки, 3-суппорт, 4–траверса, 5-верхний суппорт, 6-револьверный суппорт.

На токарно-карусельных станках обтачиваются наружные и растачиваются внутренние цилиндрические и конические по­верхности, обтачиваются фасонные поверхности; сверлят, зенке­руют, развертывают отверстия, обтачивают плоские торцевые поверхности, с применением специальных приспособлений наре­зают резьбы, обрабатывают сложные фасонные поверхности по электрокопирам, фрезеруют, шлифуют и выполняют другие виды обработки.

Токарные автоматы и полуавтоматы (рис. 4.33) слу­жат для изготовления крепежа, втулок и других мелких деталей.

Рис. 4.33. Токарный станок-автомат: 1 - механизм подачи прутка, 2 - механизм зажима прутка, 3 -зажимная цанга, 4 - поперечный суппорт, 5 - расточной резец,  6 -револьверный суппорт, 7 - распределительный вал

Управление станком осуществляется автоматически рас­пределительным валом 7 с помощью системы кулачков. За один оборот распределительного вала происходит полная обработка за­готовки.

Заготовка (пруток) через отверстие в шпинделе подается кулачковым механизмом 1 на длину детали, затем, по мере по­ворота распределительного вала, кулачковый механизм 2 при­жимает цангу к поверхности заготовки, кулачок 6 перемещает суппорт с резцом 5 и производит обработку заготовки.

По окончании обработки кулачок сдвигает суппорт в ис­ходное положение, следующий кулачковый механизм - с попе­речным суппортом 4 - отрезает деталь, кулачковый механизм 2 разжимает цангу и освобождает пруток, кулачковый механизм 1 производит его подачу для изготовления следующей детали. После этого весь цикл обработки повторяется, пока не будет переработан весь пруток.

4.6.5. Сверлильные и расточные станки. Цилиндриче­ские отверстия получают и обрабатывают с помощью различных режущих инструментов на сверлильных, токарных, револьвер­ных, расточных и некоторых других металлорежущих станках. На сверлильных станках выполняют следующие виды работ:

1  - сверление (рис. 4.34, а) - один из самых распро­
страненных способов образования круглых отверстий с помо­
щью различного диаметра и вида сверл;

2  - рассверливание (рис. 4.34, б) - процесс увеличе­
ния имеющихся отверстий сверлом большего диаметра;

3  - зенкерование (рис. 4.34, в) - обработка цилиндри­
ческих литых, штампованных или предварительно просверленных

140

отверстий зенкером для придания им правильной геометрической формы, требуемой точности размеров и шероховатости поверх­ности;

4 - растачивание отверстий резцами (рис. 4.34, г, д) осуще­
ствляют тогда, когда координаты осей отверстий должны быть точно
расположены,  а их диаметр превышает размеры выпускаемых
сверл;

5 - развертывание (рис. 4.34, е) - обработка отверстий
для получения точных размеров и малой шероховатости поверх­
ности;

6 - зенкование (рис. 4.34, ж) - образование цилиндри­
ческих или конических углублений в предварительно просвер­
ленных отверстиях под головки болтов, винтов или других дета­
лей с помощью цилиндрических и  конических зенковок или
сверл большего диаметра;

7 - цекование (рис. 4.34, з, и) - обработка торцовых
поверхностей  под гайки, шайбы и кольца ножами (пластинами)
или торцовыми зенкерами;

8 - нарезание резьбы метчиками (рис. 4.34, к).

При работе на сверлильных станках режущий инструмент, вращаясь вокруг своей оси, совершает главное движение, а пере­мещение его вдоль оси является движением подачи. Сверлиль­ные станки подразделяются на вертикально-сверлильные, ради-ально-сверлильные, многошпиндельные и горизонтально-сверлильные.

Вертикально-сверлильные станки (рис. 4.35) выпус­кают различных типоразмеров (по диаметру сверла) и применяют в цехах единичного и серийного производства. На фундаментной плите 1 крепится станина 9. Главное (вращательное) движение

141

сверлу 3, закрепленному в нижней части шпинделя 4, передается через коробку скоростей 5 от электродвигателя 6. Движение пода­чи (вдоль оси) передается сверлу от коробки подач, укрепленной в подвижном кронштейне 7; подача сверла вручную осуществляется при помощи штурвала 8. Заготовка (деталь) крепится на столе 2, который рукояткой 10 можно перемещать вертикально на нужную высоту.

Радиально-сверлильный станок (рис. 4.36) предназна­чен для сверления отверстий в крупногабаритных заготовках, ко­торые трудно перемещать по плоскости вертикально-сверлильно­го станка. Станок состоит из фундаментальной плиты 1, на кото­рой закреплена тумба 2. Вокруг нее поворачивается гильза 3, вдоль нее по вертикали перемещается с помощью винта 9 тра­верса 6. На траверсе установлен двигатель 5 и имеются горизон­тальные направляющие, по которым перемещается сверлильная головка 7.

Механизм головки состоит из коробки скоростей, коробки подач и шпинделя 8. Обрабатываемые детали устанавливают на съемном столе 10, фундаментной плите 1 или возле станка. Шпиндель 8 со сверлильной головкой может перемещаться гори­зонтально вдоль направляющих траверсы, а вместе с траверсой 6 и гильзой 3 вокруг оси неподвижной колонны. Эти перемещения шпинделя обеспечивают установку инструмента в любых коорди­натах с радиусом не более хода сверлильной головки по травер­се.

d142

По числу шпинделей станки подразделяются на одно-шпиндельные и многошпиндельные.

В горизонтально-сверлильных станках шпиндель расположен горизонтально.

Расточные станки применяют для обработки крупных корпусных деталей. На них можно сверлить отверстия, растачи­вать и обтачивать цилиндрические поверхности, зенкеровать, фрезеровать и т.д., т.е. производить полную обработку заготов­ки без ее перестановки, что предохраняет от смещения обраба­тываемых поверхностей и центров. Применяются при изготов­лении матриц и др. заготовок, требующих точного расположе­ния отверстий относительно базовой поверхности. Станки доро­гие и малопроизводительные. Особой точностью отличаются координатно-расточные и алмазно-расточные станки.

Горизонтально-расточные станки. На рис. 4.37 пред­ставлен общий вид горизонтально-расточного станка и примеры выполняемых на нем работ.

Заготовку устанавливают на поворотном столе 9, который может перемещаться по салазкам 10 в продольном и поперечном направлениях относительно оси шпинделя и совершать круговое движение. На основании станка 11 установлены две стойки - пе­редняя стойка 3, по направляющим которой перемещается вверх-вниз шпиндельная бабка 7 с расточным шпинделем 6 и планшай­бой 5, и задняя 1 с люнетом 2, предназначенным для опоры второ­го конца оправки (бортштанги) с резцом (фрезой) при обработке верхней поверхности заготовки. На планшайбе смонтирован суп­порт 4, обеспечивающий обработку резцом плоских поверхно­стей. Управление станком осуществляется с пульта 8.

На рис. 4.38 отображен набор операций, которые можно выполнять на горизонтально-расточном станке. При обработке заготовки резцом, установленном в шпинделе, можно свер­лить, зенкеровать и развертывать отверстия (рис. 4.38, а); рез­цом, установленном в суппорте 5 на планшайбе 4, можно раста­чивать отверстия большого диаметра (рис. 4.38, б, в); обтачи­вать, подрезать пластинчатым резцом и фрезеровать торцо­вые поверхности (рис. 4.38, г, д, е); резцом, закрепленным на оправке, можно растачивать одно или несколько отверстий, а также набором фрез обрабатывать плоскости и фасонные по­верхности (рис. 4.38, ж) и др.

может осуществляться перемеще­нием шпинделя 6 вдоль оси, шпиндельной бабки по вертикаль­ным направляющим и суппорта с резцом по радиальным на­правлениям.

Таким образом, на станке можно производить все виды обработки заготовки без ее перестановки, что позволяет сохра­нить координаты обрабатываемых поверхностей относительно базовой поверхности.

144

Аналогично работают координатно-расточные и ал­мазно-расточные станки, но они отличаются более высокой точностью и применяются, главным образом, для обработки сложных сопрягаемых деталей, например, при изготовлении штампов и пресс-форм. Станки оборудованы отсчетными уст­ройствами, позволяющими измерять перемещения подвижных узлов с точностью до 0,003-0,005 мм. Станки отличаются, как указывалось, высокой стоимостью и относительно невысокой производительностью.

4.6.6. Фрезерные станки. Фрезерные станки предназна­чены для обработки плоских, призматических и фасонных по­верхностей, нарезки пазов, канавок и зубьев.

В зависимости от положения шпинделя они подразде­ляются на горизонтальные и вертикальные фрезерные станки, от наличия или отсутствия поворотного стола - на простые и универсальные, при наличии консоли (кронштейна, на котором размещен стол) станки называются консольно-фрезерными.

Универсальный горизонтальный консольно-фрезерный станок (рис. 4.39) предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ по чугуну, стали и цветным металлам твердосплавным и быстрорежущим инструментом в условиях мелко- и крупносерийного производства. Станок со­стоит из станины 1, установленной на фундаментной плите 9. На вертикальных направляющих станины расположена консоль 8, на ней - перемещающийся в трех направлениях (продольном, поперечном и вертикальном) стол 6. На станине установлены электродвигатель и коробка скоростей, обеспечивающие вращение шпинделя 4.

В верхней части станка расположен хобот 2 с серьгой (выступом) 5. Оправка, на которой закрепляется фреза, зажимает­ся одним концом в шпинделе, другим - в серьге. При фрезерова­нии фреза вращается и перемещается вдоль заготовки, при этом ее зубья снимают с заготовки слой стружки. Скорость вращения фрезы и ее подача (перемещение вдоль заготовки) регулируются коробкой скоростей 3 и коробкой подачи 8.

Стол 1 может перемещаться по поперечным направ­ляющим станка 7 вручную или автоматически посредством ме­ханизма 6. Для строгания наклонных поверхностей суппорт станка поворачивается под требуемый угол обрабатываемой детали. Электродвигатель 4 обеспечивает работу станка через коробку скоростей, расположенную внутри станины.

На рисунке приведены примеры строгальных работ: стро­гание горизонтальной плоскости при поперечной подаче стола (а); строгание вертикальной плоскости при вертикальной подаче суп­порта (б); строгание пазов и канавок (в, г).

На продольно-строгальных станках движение реза­ния осуществляется перемещением стола с заготовкой при не­подвижном резце.

Долбежные станки (рис. 4.42, а) применяют для обра­ботки канавок, нарезки пазов и т.д. Принцип действия напоми­нает работу строгального станка, только здесь ползун 1 и резце­держатель 3 с закрепленным в нем резцом совершает возврат­но-поступательные движения вертикально по направляющим станины 4. Заготовка устанавливается на столе 2. При нарезке плоских отверстий в заготовке предварительно просверливается отверстие, затем резцом нарезаются его грани.

Рис. 4.43. Горизонтально-протяжной станок и инструмент, используемый при протягивании (а) и прошивке (б) Протяжка (рис. 4.43 а),  представляет собой инструмент, состоящий из последовательно расположенного ряда зубьев, при этом каждый последующий зуб больше предыдущего. Прин­цип работы станка состоит в том, что инструмент протягивается по обрабатываемой поверхности, при этом каждый зуб снимает стружку.

149

На рис. 4.43 приведен горизонтально-протяжный станок для внутреннего протягивания. По направляющим станины 5 с помощью гидравлического привода перемещается ползун 2, на конце которого установлено приспособление 1 для закрепления протяжки. При работе длинными протяжками второй конец их поддерживается подвижным люнетом¹ 4. Обрабатываемая заго­товка устанавливается в приспособлении 3.

Станки отличаются высокой производительностью, но применяются только в серийном и массовом производстве в связи с высокой стоимостью инструмента.

Аналогично работает прошивочный станок, только ре­жущий инструмент (прошивка) здесь проталкивается через от­верстие (рис. 4.43, б).

4.6.8. Обработка заготовок на шлифовальных стан­ках.

Шлифованием называется процесс обработки загото­вок абразивными² материалами. К абразивным материалам от­носятся твердые горные породы - алмаз, корунд, гранат, кварц и др. и искусственные горные породы - карборунд, карбид бора и др., применяемые для обработки материалов в виде абразив­ных (наждачных) кругов, паст или бумаги (ткани) с нанесенным слоем абразива. Шлифование применяют для чистовой и отде­лочной обработки с высокой (до 0,002 мм) точностью. Применя­ется шлифование в большинстве случаев для окончательной, чистовой обработки и является основным методом получения высокой точности и требуемой шероховатости.

Шероховатость поверхности - совокупность микроне­ровностей обработанной поверхности, образующих ее рельеф и рассматриваемых на определенном участке. Она характери­зуется среднеарифметическим отклонением профиля (5 наи­больших выступов и 5 впадин) от среднего значения и макси­мальной высотой неровностей на установленной (базовой) длине сечения поверхности (ГОСТ 2789-73).

Шлифование производится на шлифовальных станках.

Классификация шлифовальных станков. По виду выполняемых работ шлифовальные станки подразделяются на следующие типы (рис. 4.44):

круглошлифовальные - для обработки наружных поверхностей вращения (рис. 4.44, а, б);

¹ Люнет (франц. lunette) - приспособление к металлорежущему станку, служащее добавочной опорой для вращающихся обрабатываемых длинных нежёстких загото­вок.

d150

внутришлифовальные - для обработки внутренних поверхностей вращения (рис. 4.44, в);

плоскошлифовальные - для обработки плоскостей (рис. 4.44, г, д);

специальные (шлицешлифовальные, зубошлифо-вальные, резьбошлифовальные и т.д.);

dРис. 4.44. Основные виды шлифовальных работ

заточные -для заточки режущего инструмента.

Наиболее распространенными являются круглошлифо-вальные и плоскошлифовальные станки.

Круглошлифовальный станок (рис. 4.45, а) предназна­чен для шлифования наружных цилиндрических и конических по­верхностей. На станине 4 станка размещены все основные узлы и детали. Внутри станины находится привод, сообщающий возврат­но-поступательное движение продольной подачи столу. На столе размещены передняя бабка 1 и задняя бабка 3.

Заготовка укрепляется или одним концом в патроне шпинделя, вторым - в центре задней бабки, или между центрами передней и задней бабки (в этом случае вращение заготовки обес­печивается вращением поводка планшайбы, закрепленной на шпинделе). В шлифовальной бабке 2 установлен на шпинделе шлифовальный круг, который приводится во вращение от от­дельного электродвигателя. При вращении заготовки вращаю­щийся шлифовальный круг снимает с нее стружку, а заготовка совершает возвратно-поступательные движения вдоль станка.

Рис. 4.45, а. Круглошлифовальный станок

Плоскошлифовальные станки. Станки для плоского шлифования подразделяются на шлифующие круглой боковой и плоской торцевой поверхностями шлифовального круга (см. рис. 4.44, г и др.) Наибольшее распространение получили плоскошлифовальные станки с прямоугольным столом и гори­зонтальным шпинделем для шлифования заготовок боковой по­верхностью круга (рис. 4.45, б).

Рис. 4.45, б. Плоскошлифовальный станок На столе станка укреплена электромагнитная плита 4, служащая для установки и закрепления заготовки. Стол со­вершает возвратно-поступательное движение по направляющим станины 3. По вертикальным направляющим стойки 1 переме­щается шлифовальная бабка 2 для установки шлифующего круга на глубину шлифования. Поперечное перемещение шлифовального круга может осуществляется вручную -маховиком 5 или автоматически, вертикальное перемещение -маховиком 6.

4.6.9. Отделочные методы обработки. Отделочными и доводочными методами обработки достигается получение глад-

152

ких зеркальных поверхностей с высокой точностью размеров. Основными видами отделочных работ являются хонингование, суперфиниш, притирка и полировка.

Хонингование (англ. Honing от hone, буквально - то­чить) - метод отделки поверхности сквозных отверстий вра­щающимися мелкозернистыми абразивными брусками 2 (рис. 4.46, а), которые вставлены в специальное приспособление - хо-нинговальную головку 1, и совершают вместе с ней вра­щательное и поступательное перемещение вдоль заготовки 3.

 

Применяется при обработке точных отверстий, напри­мер, в блоках цилиндров внутреннего сгорания.

Суперфиниш (рис. 4.46, б) - применяют, в основном, для наружной обработки поверхностей. Бруски, закрепленные в головке над заготовкой, совершают продольное поступательно-возвратное движение ∆S_пр, а заготовка вращается со скоростью V₃ и движется возвратно-поступательно (S_nр).

Притирка - метод чистовой обработки, обеспечиваю­щий получение точных размеров (до 1 мкм) и малой шерохова­тости поверхности. Притирка производится абразивными паста­ми или порошками, смешанными со смазкой и нанесенными на поверхность притира. Наиболее часто для этой цели использу­ется так называемая паста ГОИ (разработана Государственным оптическим институтом). В процессе притирки совершается пе­ремещение притира и детали.

Притирка выполняется на универсальных и специальных притирочных станках, а также вручную. В качестве притиров используют вращающиеся диски, плиты, бруски и т.д.

Полировальные работы. Окончательная обработка по­верхности достигается полированием ее быстро вращающимся эластичным кругом, покрытым войлоком, тканью и т.д., с нанесени-

153

ем на него полировальной пасты - абразивного порошка, смешан­ного с воском, салом, парафином и др. материалами. Наибольшее распространение получила указанная выше паста ГОИ. Полирова­ние поверхности в обязательном порядке производится при ее по­следующей гальванической обработке - при покрытии никелем или хромом.

4.6.10. Механизация и автоматизация производст­венных процессов. Станки с числовым программным управлением (станки с ЧПУ). В зависимости от масштаба про­изводства (единичного, серийного, массового) предприятия обо­рудуются станками различной степени автоматизации.

При единичном производстве используется универсаль­ное оборудование, позволяющее производить его быструю пе­реналадку и изготовление различных видов деталей. Однако производительность такого оборудования низкая, и для ее по­вышения осуществляются механизация и автоматизация наи­более трудоемких процессов при его обслуживании. Под меха­низацией понимается применение устройств, заменяющих руч­ной труд по обслуживанию станка - ускоренные перемещения суппортов, установка и закрепление деталей и т.д. При авто­матизации ручное управление процессом работы станка за­меняется автоматическими устройствами. При этом следует от­личать два понятия - автоматизированное производство и автоматическое. Первое предполагает участие в управлении станком человека по отдельным функциям управления и кон­троля, второе - работа ведется полностью без какого-либо уча­стия человека.

По конструкции системы управления различают станки с цикловым программным управлением (ЦПУ) и с числовым про­граммным управлением (ЧПУ).

В условиях массового производства наиболее рента­бельны станки с ЦПУ - станки-автоматы, в которых автоматизи­рован как процесс установки и съема заготовки, так и весь цикл ее обработки. В этих станках управление осуществляется рас­пределительным валом и системой соединенных с ним различ­ных кулачков. При полном повороте распределительного вала осуществляется полный цикл обработки заготовки (например, рассмотренный выше токарный станок-автомат). Достоинствами таких станков являются высокая производительность и автома­тический цикл обработки, но такие станки предназначены чаще всего для изготовления деталей определенного типоразмера и требуют чрезвычайно длительной переналадки для изготовле­ния другой, даже подобной детали. Поэтому их применение ог-

154

раничено продукцией массового производства и необходимо­стью достаточно длительного применения.

С начала 80-х годов широкое распространение получили станки с числовым программным управлением, сокращенно -станки с ЧПУ.

Сущность станков с ЧПУ состоит в том, что программа вы­полнения всех необходимых для изготовления детали перемеще­ний исполнительных органов (изменения режимов резания, пере­ключения частот вращения шпинделя, скорости, направления, ве­личины подачи резца или заготовки и др.) записывается с помо­щью числового кода на программоносителе. В качестве програм­моносителя могут быть использованы перфокарты, перфоленты, магнитные диски и ленты, лазерные компакт-диски и др. носители информации. Записанная программа вводится в считывающее устройство станка, в котором она преобразуется в командные им­пульсы, передающиеся исполнительным органам станка, обеспе­чивающие их необходимые перемещения. В функциональную сис­тему ЧПУ входят три основных компонента: управляющая про­грамма, блок управления и объект управления - станок.

Эффективность систем с ЧПУ объясняется тем, что изменение программы не требует существенной перестройки станка. Станки с ЧПУ позволяют в 3-6 раз повысить произво­дительность труда в мелкосерийном и единичном производ­стве, одновременно повышая качество обработки и стабиль­ность размеров.

Практически все основные виды металлорежущих стан­ков могут выпускаться и выпускаются с ЧПУ.

Обработка крупных корпусных деталей может состоять из ряда различных операций - сверления, растачивания, фре­зерования и т. д. Переход к каждой операции требует смены ин­струмента и заготовки, транспортировки заготовки от станка к станку, т.е. требует значительных дополнительных затрат вре­мени. Поэтому в последнее время широкое распространение получили многоцелевые станки с ЧПУ - обрабатывающие цен­тры. Они позволяют обрабатывать деталь с применением мно­гих, до 150 шт., инструментов без снятия детали.

Пример обработки заготовки на обрабатывающем цен­тре, созданном на базе горизонтально-расточного станка, пока­зан на рис. 4.47. На станке имеются два приспособления - спут­ники 2 и 10, предназначенные для последовательного переме­щения и смены заготовок на столе 8 по мере их обработки. Тех­нологический процесс обработки состоит из следующих опера­ций. Первая операция - заготовка 3 устанавливается на спутник 2 и подается с него на поворотный стол 8 под шпиндельную бабку

155

9. Затем, по заданной программе, установленным в шпинделе 7 инструментом, начинается обработка заготовки. Пока идет об­работка первой заготовки, на второе приспособление - спутник 10 устанавливается следующая заготовка. После окончания первой операции обработки заготовки двухзахватный оператор 5 вынимает одним захватом (5а) из шпинделя отработавший инструмент, другим (5б) вынимает из магазина 4 инструмент для следующей операции обработки, затем поворачивается на 180º, вставляет отработавший инструмент в магазин, новый инстру­мент - в шпиндель, и производится следующая операция обра­ботки заготовки. По окончании обработки готовая деталь пере­носится на спутник 2 и удаляется, новая заготовка со спутника 10 устанавливается на поворотный стол и начинается ее обра­ботка. Все действующие операции перемещения и обработки производятся автоматически по программе.

На обрабатывающих центрах можно обрабатывать все поверхности детали, кроме базовой, без перестановки заготов­ки.

Обрабатывающие центры отличаются высокой производи­тельностью и находят широкое применение в промышленности.

156

Рис. 4.47. Многоцелевой станок мод. 2623ПМФ3 и схема его двухзахватного оператора см. Аосновы отр техн сбор 2010а граф