Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

СНИЖЕНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ НА КАЧЕСТВО ДЕТАЛИ

Все показатели качества детали можно свести к двум группам:

- показатели геометрической точности детали (точность размера, формы, шероховатости, относительного положения поверхностей);

- показатели качества поверхностного слоя и детали в целом (оста­точные напряжения, наклеп, структура материала).

При построении маршрута необходимо так выбирать последова­тельность достижения показателей качества (как в пределах одной груп­пы, так и обеих групп), чтобы взаимное влияние технологических пере­ходов не нарушало достигнутого качества на предыдущих технологиче­ских переходах.

В основе любого технологического перехода лежит соответствую­щий метод и режим обработки; метод обработки, в общем случае, оказы­вает влияние на все показатели качества детали. Поэтому, чтобы пра­вильно выбирать методы обработки технологических переходов, надо знать влияние их на каждый из показателей качества не только на качест­венном, но и на количественном уровне. К сожалению, об ггом в имею­щейся справочно-нормативной литературе можно найти только весьма приближенную информацию. В итоге выбор последовательности техно­логических переходов по достижению качества детали осуществляется технологом на основе его опыта, проведения экспериментов и носит в значительной степени субъективный характер, что и определяет длитель­ную отработку технологических процессов.

Ниже излагаются рекомендации по снижению негативного взаимно­го влияния технологических переходов на достижение качества детали по ходу технологического процесса.

Борьба с негативным взаимным влиянием технологических перехо­дов ведется посредством правильного выбора методов обработки, значе­ний элементов режима обработки, последовательности технологических переходов и введением дополнительных технологических переходов, компенсирующих их взаимное влияние.

При обеспечении геометрической точности изготовления поверхно­сти детали возникает задача определения состава технологических пе­реходов, их содержания и последовательности для достижения точности ее размера, формы и шероховатости. Объясняется это тем, что для дос­тижения заданной точности по разным показателям приходится приме­нять разные методы обработки.

Рассмотрим этот вопрос на конкретном примере. Пусть требуется изготовить крупную партию стальных гладких цилиндрических валикон с d = 25 мм, длиной 60 мм, допуском на диаметр Td = 2 мкм и отклоне­ниями формы и шероховатости, не выходящими за пределы Tj.

В качестве заготовки примем калиброванный пруток с допуском на диаметральный размер 280 мкм и с отклонениями формы, не выходящи­ми за пределы 100 мкм и шероховатостью не более 40 мкм.

Принимая во внимание значения допусков на деталь и заготовку по трем показателям точности, можно установить значения уточнений г., которые необходимо обеспечить на технологических переходах: по диаметральному размеру

- по форме

- по шероховатости

Є = — = 20.

Ш 2

Исходя из значений уточнений, выбирают методы обработки, позво­ляющие достичь заданную точность детали по каждому показателю.

Уже из разницы значений уточнения следует, что для достижения точности цилиндрической поверхности валиков придется обработку заго­товок осуществлять в несколько технологических переходов, так как от­сутствуют технологические системы с уточнением в 140 раз.

Сначала выберем метод обработки для получения заданной шерохо­ватости цилиндрической поверхности. Анализ известных методов пока­зывает, что для достижения заданной шероховатости можно воспользо­ваться суперфинишированием или притиркой. Суперфиниширование, обеспечивая требуемую шероховатость поверхности, практически не по­зволяет по своей природе получить требуемое уточнение Єі = 140 для достижения точности диаметрального размера и формы валиков.

Притирка (в отличие от суперфиниширования) позволяет получить экономично не только требуемую шероховатость поверхности, но и точ­ность размера и формы в пределах требуемых допусков при условии, что поступающие на притирку детали имеют припуск на обработку не более 5...20 мкм на диаметр (для стали) при отклонениях формы в пределах допуска 7ф3= 15 мкм, т. е. притирка экономично может дать уточнение:

1 Td 2

Сопоставляя эту величину с требуемой Sj = 140, видим, что осуще­ствить переход от заготовки к готовой детали путем одного метода обра­ботки не представляется возможным. Необходимо найти еще один или несколько методов обработки, которые обеспечили бы получение остав­шегося значения уточнения

Є2 = — = -^^ = 18,6.

Є, 7,5

Таким образом, надо включить в процесс изготовления валиков как минимум один предварительный технологический переход.

Для обработки крупной партии калиброванных валиков в качестве высокопроизводительного метода следует принять бесцентровое шлифо­вание, которое при заданном припуске может обеспечить точность диа­метра в пределах 100 мкм.

Отсюда получим

* 100

Тогда в результате осуществления двух технологических переходов получим суммарную величину уточнения е4 = Єї х £3 = 7,5 х 2,8 = 21 вме­сто є = 140.

Следовательно, между притиркой и бесцентровым шлифованием необходимо ввести еще один технологический переход - предваритель­ную притирку с уточнением

£з = 1^ = 6,8.

5 є4 21

Это возможно при условии, если заготовки, поступающие на пред­варительную притирку, имеют отклонение по диаметральному размеру не более 100 мкм, что обеспечивается предшествующим бесцентровым шлифованием.

Таким образом, для достижения заданной точности валиков необхо­димо осуществить три технологических перехода: бесцентровое шлифо­вание, предварительную притирку и окончательную притирку, которые обеспечат требуемое уточнение:

£ = £3 х е5 х £, = 2,8 х 6,8 х 7,5 = 142,8.

Из приведенного примера видна связь между технологическими пе­реходами и обоснованность их последовательности при достижении все\ показателей точности цилиндрической поверхности валиков.

При изготовлении всех поверхностей детали необходимо принимать во внимание взаимное влияние технологических переходов по их изго­товлению. Взаимное влияние технологических переходов объясняется возникновением остаточных напряжений.

Например, при обработке резанием в случае съема больших припус ков в заготовке могут возникнуть большие внутренние напряжения, ко торые при осуществлении последующих технологических переходов ПС рераспределяются, вызывая собственные деформации заготовки, изме няющие ее геометрию.

В результате достигнутая на первых технологических переходи\ геометрическая точность теряется. В зависимости от конструкции заго мшки и ее материала, а также от уровня действовавшей силовой нагрузки отклонения геометрии заготовки могут вызвать погрешность обработки больше заданного допуска.

В таких случаях следует съем всего припуска осуществлять в не­сколько технологических переходов. Если и в этом случае погрешности, вызванные деформациями заготовки, оказываются больше заданного до­пуска или существенно снижается производительность обработки, то необходимо предусмотреть следующее.

Перед окончательной обработкой следует ввести технологический переход по снижению или выравниванию остаточных напряжений по­средством "старения". Затем необходимо обработать технологические (>азы, от которых обрабатываются поверхности, для устранения погреш­ностей, вызванных деформациями заготовки. Только после этого следует производить окончательную обработку поверхностей.

Такая же картина наблюдается, когда в технологический процесс включают технологические переходы, связанные с достижением заданно - ю качества поверхностного слоя и структуры всего материала заготовки.

В этих случаях применяются технологические переходы, базирую­щиеся на различных методах упрочнения и термической обработки. Воз - нсйствие этих методов сопровождается высокими усилиями и температу­рами с теми же последствиями.

Снижение их влияния на достижение качества детали осуществляет­ся или уменьшением их воздействия или компенсацией возникших по­грешностей.

Целью термической обработки является:

1) снижение остаточных напряжений в материале детали;

2) улучшение обрабатываемости материала;

3) повышение механических свойств материала до значений, тре­буемых техническими условиями на изготовление детали.

Некоторые виды термической обработки осуществляются до начала механической обработки заготовки; другие виды перемежаются с про­цессами механической обработки.

До начала механической обработки выполняют нормализацию, от­жиг, старение заготовок с целью снижения остаточных напряжений, вы­равнивания неоднородности структуры материала (это важно, если тре­буются последующая закалка и улучшение обрабатываемости материала іаготовки).

Повышение механических свойств (твердости, прочности) материа - па достигается закалкой и отпуском, которые, как правило, приходится включать на этапе механической обработки заготовки.

Осуществлению закалки и отпуска после окончательной механиче­ской обработки препятствует то, что деталь в процессе термообработки теряет полученную точность.

Кроме того, в процесс механической обработки приходится вклю­чать термическую операцию для снижения остаточных напряжений, вы­званных самой механической обработкой, поэтому операциям закалки и отпуска заготовки отводят место между предварительными и финишны­ми операциями.

Неизбежным разрыв процесса механической обработки становится, когда повышение твердости материала детали достигается цементацией и последующей закалкой. Если цементации подвергаются все поверхности детали, то термические операции (цементацию, закалку, отпуск) преду­сматривают перед окончательным этапом обработки. В таком случае окончательный этап должен целиком состоять из операций, выполняе­мых абразивными инструментами, поэтому припуски на этот этап остав­ляют минимально возможными.

Однако значительно чаше встречается требование цементовать только некоторые поверхности детали (местная цементация). В этом слу­чае место термических операций определяется в основном способом за­щиты от цементации тех поверхностей, которые не должны ей подвер­гаться.

Для их защиты вводятся технологические переходы, базирующиеся на следующих способах:

1) омеднение поверхностей, не подлежащих цементации;

2) оставление повышенного (на величину глубины цементации) припуска на поверхностях, не подлежащих цементации, который снима ют после цементации, но до закалки;

3) комбинацию первого и второго способов - омеднение для одних поверхностей, но оставление повышенного припуска и омеднение (двой­ная защита) - для других.

Первый способ самый простой. Он позволяет выполнить цемента цию и закалку одну за другой, притом наиболее технологически удобно перед окончательным этапом механической обработки. Этот способ осо бенно выгоден, если уровень заданной точности детали позволяет вы полнить до цементации и закалки (на заключительном этапе) все техно логические переходы, требующие инструментов с металлическими лс( виями. В этом случае после цементации и закалки остается минимум ме­ханической обработки - шлифование особо точных поверхностей.

Второй способ более надежен, но требует увеличения припусков. Кроме того, цементацию приходится делать на одном этапе обработки, а закалку и отпуск - на другом.

При большой площади защищаемых поверхностей по сравнению с площадью цементуемых получается, что деталь нужно направлять на цементацию в сущности после предварительного этапа обработки, но с малыми припусками на цементуемых поверхностях. Поэтому процесс существенно усложняется, если эти поверхности мало пригодны для роли установочных баз (они должны служить базами, так как имеют мини­мальные припуски). К тому же после чистовой обработки деталь нужно еще раз направлять в термический цех (для закалки), поэтому второй способ защиты по возможности целесообразно избегать.

Третий способ обладает достоинствами первых двух, но лишен их недостатков.

Случайные дефекты омеднения (первый способ защиты) малосуще­ственны, если окончательный этап процесса состоит из операций шлифо­вания; однако они недопустимы для поверхностей под цементуемые шлицы, резьбу и другие подобные поверхности, обрабатываемые метал­лическими инструментами. Поэтому такие поверхности защищают по­вышенным припуском (второй способ защиты). Омедняя наряду с други­ми нецементуемыми поверхностями также и поверхности с повышенным припуском (двойная защита), получают возможность выполнить цемен­тацию и закалку в одно время.

При третьем способе защиты характер части процесса, выполняемой после цементации и закалки, зависит от того, какова доля обработки по­верхностей с повышенными припусками. По мере увеличения этой доли все больше стираются черты, характерные для первого способа защиты (омеднение) и усиливаются особенности, свойственные второму (повы­шенный припуск).

Прибегая к омеднению, обеспечивают отсутствие защитного слоя на поверхностях, подлежащих цементации, одним из двух способов:

1) омедняют только защищаемые поверхности, предохраняя от омеднения поверхности, подлежащие цементации (покрывая их диэлек­триками - чаще всего специальными лаками);

2) омедняют деталь кругом, но до обработки цементуемых поверх­ностей под цементацию.

Во втором случае получается два разрыва в процессе механической обработки: после покрытий деталь попадает не в термический цех, а воз­вращается в механический; при обработке под цементацию снимается вместе с припуском и защитный слой.

Процесс на цементуемую деталь надо строить так, чтобы оконча тельный этап (обработка после цементации и закалки) содержал мини мум операций. Это обусловлено тем, что погрешности установки детали и погрешности от несовмещения баз компенсируются припусками, пре дусмотренными на последующую обработку, вследствие чего изменяют ся величины этих припусков, а главное - нарушается их равномерность Это малосущественно для грубых операций, но нежелательно для точ ных. Между тем, цементуемые поверхности - это, как правило, точные поверхности, а их окончательная обработка часто требует малопроизво дительных методов шлифования (к таким поверхностям относятся зубья, шлицы, профили и т. п.). При такой обработке всегда желательны наи меньшие припуски и наибольшая равномерность их распределения, по этому уже перед цементацией следует обеспечить хорошие технологиче­ские базы для последующего этапа и достаточно малые припуски. Чем меньше будет операций после цементации и закалки, тем меньше буде і установок детали, погрешностей от несовмещения баз и связанных с ни ми изменений предусмотренных припусков.

Уменьшению припусков препятствуют искажения формы детали и<- за деформаций в процессе цементации и закалки. Для уменьшения иска жений предусматривают снятие остаточных напряжений, возникающих после черновой обработки. Применяемая для этого термообработка осо бенно необходима, если деталь имеет цементуемую поверхность, разме­ры которой нельзя изменить после цементации и закалки. Она еще более- необходима, если такая поверхность не может служить технологическом базой для обработки других.

Процесс обработки детали, имеющей точные азотируемые поверх ности (обычно задают глубину слся 0,3...0,5 мм), строят, руководствуясь теми же соображениями, что и в случае цементации. Для защиты неачо тируемых поверхностей применяют лужение.

Твердость азотированного слоя резко падает по глубине (зона мак симальной твердости распространяется на глубину около 0,1 мм), поті о му определение минимального числа операций в окончательном этапе процессы подготовки хороших установочных баз для этого этапа уменьшение припусков путем точной чистовой обработки перед азотиро ванием и т. д. те же самые, как и при цементации поверхностей, с которы е нельзя снимать значительные припуски на окончательном этапе.