ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ

Алюминий достаточно мягкий металл и обычно хорошо поддается механической обработке. Данное свойство алюминия позволяет инженеру-технологу закладывать высокие режимы резания по сравнению с обработкой сталей. Однако довольно часто приходится сталкиваться с негативными эффектами, такими как образование длинной стружки и наростообразование.

Длинная сливная стружка имеет свойство наматываться на режущий инструмент, что, в конечном счете, сказывается на точности детали и может служить причиной поломки инструмента.

Следствием наростообразования в зоне резания является притупление режущей кромки, увеличение нагрузки на инструмент, затрудненный сход стружки. Эти проблемы решаются путем улучшения шероховатости передней поверхности инструмента за счет полировки или нанесения специальных покрытий, а также путем изменения переднего и заднего углов инструмента.

Обработка тонкостенных деталей из алюминия сопряжена со множеством трудностей, одна из которых это деформация тонких стенок детали при ее закреплении на станке, что, в конечном счете, оказывает влияние на точность изготовления. Осложняет задачу тот факт, что при механической обработке деталей из алюминия и алюминиевых сплавов возникает напряженное в результате деформации и разогрева поверхностных слоев, которое может вызвать их разупрочнение, создать поверхностный наклеп и большие остаточные напряжения. В качестве примера рассмотрим токарную обработку.

Существует несколько путей уменьшения деформаций при закреплении тонкостенных заготовок: это распределение зажимного усилия за счет увеличения числа точек контакта заготовки и зажимных кулачков или за счет увеличения площади контакта заготовки и кулачков при точном регулировании зажимного усилия, а также применение различной оснастки.

Некоторое время назад тривиальными решениями данной задачи считалось применение зажимных патронов с тремя и более сегментными кулачками (рисунок 1), специальных оправок и цанговых патронов. Зажимные патроны с шестью кулачками имеют ряд существенных недостатков.

Рисунок 1. Зажимной патрон с шестью кулачками

Такой зажимной патрон имеет больший вес, что в свою очередь, увеличивает центробежную силу, возникающую в процессе обработки детали. Таким образом, при токарной обработке при зажиме заготовки по наружному диаметру, кулачки под действием центробежной силы стремятся разойтись, и усилие при зажиме должно быть значительным для противодействия центробежной силе. Существует риск, что после снятия припуска и останова станка, кулачки под действием зажимной силы деформируют деталь в виду исчезновения центробежной силы.

Конкретным решением проблемы закрепления тонкостенных деталей из алюминия может быть использование специальных кулачков у которых базовая поверхность – из алюминия (для снижении веса и как следствие уменьшения центробежной силы), а губки – из стекловолокна (рисунок 2).

Стекловолоконные кулачки обеспечивают защиту поверхности при сохранении достаточной фиксации заготовки, благодаря применению композитных материалов на основе стекловолокна, так как оно достаточно мягкое по сравнению с алюминием и в тоже время имеет высокий коэффициент трения.

Рисунок 2. Стекловолоконные кулачки QUENTES от компании SCHUNK

Патрон оборудован сменными зажимными вставками, что обеспечивает быструю переналадку станка. А облегченный вес позволяет вести высокоскоростную обработку, не приводящую к деформации детали из-за действия центробежных сил.

Достаточно распространенным решением уменьшения деформации тонкостенных деталей при зажиме является применение маятниковых кулачков, причем как с двумя, так и с тремя губками (рисунок 3).

а)                                             б)

а - маятниковый патрон; б - кулачок с двумя губками

Рисунок 3. Маятниковые кулачки

Маятниковые кулачки представляют собой жесткую опору, несущую коромысло, которое может перемещаться в пределах 1-3 градусов. В качестве губок применяются либо закаленные накладки с рифлением, либо сырые расточенные под размер.

Такое нетривиальное решение позволяет, используя стандартный трехкулачковый патрон, равномерно распределить зажимное усилие благодаря увеличению точек контакта заготовки и кулачков, и также за счет увеличения площади пятна контакта. Таким образом, уменьшается зажимное усилие, повышая крутящий момент, и значительно снижаются деформации детали и как следствие погрешности обработки.

Маятниковые кулачки кроме всего прочего также подходят и для заготовок деталей из отливок и штамповок, так как имеющиеся неровности компенсируются за счет качания коромысла.

Рисунок 4. Шестикулачковый токарный патрон с маятниковыми мостами

В принципе работы шестикулачкового токарного патрона с маятниковыми мостами (рисунок 4) лежит использование попарно качающихся зажимных кулачков. Оба базовых кулачка связаны между собой маятниковым мостом, что позволяет повысить точность при центрировании заготовки. При этом патрон равномерно распределяет зажимное усилие между шестью точками контакта.

Таким образом, решение проблем, возникающих при механической обработке тонкостенных заготовок из алюминия, лежит в области грамотного подхода к выбору технологического оснащения.

Список литературы:

1. Клепиков В.В., Бодров А.Н. Технология машиностроения. - Москва: Изд-во ФОРУМ – ИНФРА-М, 2004. - 865 с.
2. Скворцов В.Ф. Основы технологии машиностроения: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 105 с.
3. Андрей Лобанов. SСHUHK: базирование и закрепление тонкостенных деталей// Конструктор.net: сетевой журн. 2017
4. URL:https://konstruktor.net/podrobnee-det/bazirovanie-i-zakreplenie-tonkostennyx-detalej.html (дата обращения 23.11.2017)
5. Наклеп и нагартовка металлов// Алюминиевый информационный портал: сетевой журн. 2017