1. Шабрение
1.1 Шабрение. Понятие о шабрении
Шабрение – это окончательная слесарная операция, заключающаяся в соскабливании очень тонких слоев материала с поверхности заготовки с помощью режущего инструмента – шабера. Шабрение применяется в тех случаях, когда необходимо обработать поверхности с очень малой шероховатостью. Как правило, шабрению подвергаются сопрягаемые поверхности, перемещающиеся друг относительно друга (трущиеся поверхности). С его помощью достигается плотное прилегание сопрягаемых поверхностей, надежное удерживание смазки между трущимися поверхностями и точные размеры деталей.
Шабрением обрабатываются как плоские, так и криволинейные поверхности, поверхности подшипников скольжения, детали приборов, а также поверхности различных инструментов и приспособлений (например, поверочные плиты, угольники, линейки). За один проход шабер может удалить с поверхности заготовки очень тонкий слой металла толщиной не более 0,7 мм. При средних усилиях, прикладываемых к инструменту, толщина снимаемой стружки составляет 0,01 …0,03 мм.
1.2 Инструменты и приспособления, применяемые при шабрении
Режущим инструментом при шабрении является шабер. Шаберы различаются по конструкции – цельные и составные, по форме режущей кромки – плоские, трехгранные и фасонные, а также по числу режущих граней – односторонние и двухсторонние. Шаберы изготовляются из углеродистых инструментальных сталей марок У10…У13. Составные шаберы могут оснащаться пластинами из быстрорежущей стали или твердого сплава.
Для шабрения плоских поверхностей используются одно- или двухсторонние шаберы с прямолинейной или криволинейной режущей кромкой. Геометрические параметры шаберов зависят от вида обработки, материала заготовки и угла установки инструмента по отношению к обрабатываемой поверхности. Торцевая поверхность шабера затачивается под углом заострения 90… 100° по отношению к оси инструмента. При черновой обработке угол заострения равен 75…90°, при чистовой – 90°, а при отделочной – 90… 100°. Угол заострения для чугуна и бронзы выбирается равным 90… 100°, для стали – 75…90°, а для мягких металлов – 35…40°.
Выбор длины режущей кромки и радиуса ее закругления зависит от твердости обрабатываемого материала и заданной шероховатости обработанной поверхности. Чем тверже обрабатываемый материал и выше требования к чистоте обработанной поверхности, тем более узкой должна быть режущая кромка шабера и меньшим радиус закругления.
Для чернового шабрения применяются шаберы с шириной режущей кромки 20… 30 мм, для чистового – 15 … 20 мм и для отделочного – 5 … 12 мм.
Для шабрения вогнутых поверхностей, например, вкладышей подшипников скольжения, предназначены трехгранные шаберы, которые имеют три режущие кромки и могут быть прямыми и изогнутыми; их угол заострения составляет 60°. У этих шаберов на гранях находятся продольные канавки (желобки), что делает более удобной заточку и заправку инструмента.
Помимо цельных, используются составные шаберы, позволяющие быстро заменять режущие пластины, а потому удобные для выполнения различных шабровочных работ. Такой шабер состоит из корпуса держателя, рукоятки и зажимного винта. Сменную режущую пластину из углеродистой, быстрорежущей стали или твердого сплава закрепляют в держателе , вращая винт при помощи рукоятки.
В более простой конструкции шабера режущие пластины закрепляются в рукоятке при помощи гайки.
При шабрении вкладышей подшипников скольжения для уменьшения числа переточек в процессе работы применяются шаберы-кольца, которые могут быть изготовлены из кольца изношенного конического роликового подшипника.
Поскольку шабрение является заключительной операцией слесарной обработки, то качество ее выполнения необходимо контролировать в течение всего процесса. Для этих целей предназначены проверочные инструменты.
Шабрение направляющих осуществляют с помощью универсальных шабровочных линеек или специальных шабровочных плит.
Для удобства шабрения небольшие по размеру заготовки закрепляются в тисках и других подобных приспособлениях. Более крупные заготовки, типа вкладыша подшипника скольжения, закрепляются в специальных устройствах или поворотных приспособлениях, которые позволяют поворачивать заготовку в процессе обработки в наиболее удобное для шабрения положение. Приспособление закрепляется на верстаке; оно представляет собой стойку, шарнирно соединенную с основанием и закрепляемую винтом. Вкладыш, подлежащий шабрению шабером, укладывается в сменное металлическое полукольцо и в собранном виде помещается в гнездо стойки 3, а затем закрепляется с двух сторон планками и винтами. Для предупреждения осевого смещения полукольца с вкладышем их закрепляют прижимом.
1.3 Способы шабрения плоских и сопряженных поверхностей
Шабрение плоскостей выполняют двумя способами обычным– рабочий ход «от себя» и более прогрессивным и производительным — рабочий ход «на себя».
Способом «от себя» выполняется в такой последовательности.
1. Протерев поверочную плиту ветошью, подготавливают краску и наносят ее на плиту ранее изученным способом.
2. Предварительно опиленную заготовку осторожно опускают на поверочную плиту и, равномерно прижав, круговыми движениями перемещают по всей поверхности плиты. Сняв заготовку с поверочной плиты, определяют основные места шабрения .
3. Заготовку закрепляют в тиски, подбирают соответствующий шабер и приступают к шабрению.
4. Правой рукой берут шабер за деревянную ручку таким образом, чтобы головка ручки упиралась в ладонь; большой палец накладывают сверху вдоль оси ручки, остальными пальцами обхватывают ручку снизу. Ладонь левой руки накладывают на середину шабера и обхватывают пальцами. Принимают рабочее положение (стойку), такое же, как при опиливании, и приступают к шабрению. Шабрят, не сгибаясь, при свободном положении корпуса.
5. Шабер устанавливают наклонно к обрабатываемой поверхности, угол наклона 30 … 40°, причем режущая кромка в момент рабочего хода должна находиться в начале пятна на шабруемой поверхности.
6. Рабочим ходом шабера вперед — «от себя» соскабливают (срезают) слой металла вместе с краской с окрашенных мест плитки. Величина рабочего хода при этом должна быть не более 10 … 15 мм. В конце рабочего хода (на конце пятна) нажим на шабер уменьшают во избежание образования на шабруемой поверхности заусенцев.
После каждого нанесения краски на обрабатываемую поверхность рекомендуется изменять направление движения шабера на 45 … 90° таким образом, чтобы образующиеся штрихи пересекались между собой.
7. Попеременное шабрение в разных направлениях чередуют с проверкой заготовки на поверочной плите до тех пор, пока вся обрабатываемая поверхность не будет равномерно закрашена пятнами краски.
Предварительное (грубое) шабрение считается законченным при появлении 4 … 6 пятен на площади 25×25 мм (приблизительно один квадратный дюйм) и равномерном их распределении по всей шабруемой поверхности .
8. Окончательное (чистовое) шабрение выполняют в такой последовательности: о помощью кубика на контрольную поверхность поверочной плиты наносят тонкий слой краски; шабрение выполняют шаберами с шириной режущей кромки 12 … 20 мм, имеющими радиусную заточку. Крупные пятна разбивают на более мелкие движениями шабера в разных направлениях. В виде исключения часть поверхности, расположенной по краям призмы (плитки), шабрят шаберами, имеющими прямолинейную режущую кромку. Допускается выход шабера за пределы шабруемой поверхности, но не более чем на одну четверть ширины режущей кромки. Чистовое шабрение заканчивают при появлении 12 … 16 пятен на площади 25×25 мм и равномерном их распределении по всей шабруемой поверхности. Проверку точности шабрения с помощью рамки проводят выборочно на 4 … 5 участках. Шабрение считается качественно выполненным, если штрихи от шабрения располагаются в шахматном порядке, а пятна равномерно расположены по всей обрабатываемой поверхности.
9. В отдельных случаях выполняют особо точное (тонкое) шабрение. Шабрение выполняют шаберами с шириной радиусной режущей кромки 5 … 12 мм в той же последовательности, что и чистовое шабрение, но нажим на шабер в момент рабочего хода незначителен, а сам рабочий ход не превышает 3 … 5 мм.
Шабрение плоской поверхности способом «на себя» выполняется в такой последовательности.
1. Выполнив подготовительные операции, заготовку закрепляют в тиски и приступают к шабрению. Шабрение выполняют удлиненными (450 … 500 мм) шаберами со вставными пластинками, имеющими угол заточки 50°.
2. Шабер обеими руками обхватывают в его средней части, подводят режущую кромку к шабруемой поверхности под углом примерно 75 … 80° , при этом деревянная ручка шабера должна упираться в правое плечо.
3. Устанавливают режущую кромку шабера у границы пятна и рабочим движением шабера «на себя» срезают (соскабливают) окрашенный слой металла с поверхности заготовки. Шабрят от ближайшего края поверхности к удаленному.
4. Шабрение осуществляют в той же последовательности, что и при движении шабера «от себя» — предварительное (черновое) и окончательное (чистовое).
5. Контроль шабруемой поверхности осуществляют ранее изученным способом. Шабрение прекращают при наличии 12 … 16 пятен на площади 25×25 мм и равномерном их распределении по всей поверхности.
Шабрение параллельных плоских поверхностей заготовки. Эта операция является сложной, так как в данном случае необходимо выдержать прямолинейность, параллельность и плоскостность двух и более поверхностей. При шабрении параллельных плоских поверхностей призмы за базу принимается ее основание, отшабренное ранее.
Шабрение параллельных поверхностей выполняют в такой последовательности.
1. Перед шабрением призму проверяют на соответствие ее размеров данным чертежа — припуск на обработку не должен превышать 0,1 мм на сторону, если припуск больше, поверхности подвергают механической обработке. Отклонение от прямолинейности поверхностей проверяют с помощью поверочной плиты (линейки) и щупа. Отклонение от перпендикулярности поверхностей проверяют поверочным угольником, а их параллельность — с помощью штангенциркуля или поверочной плиты и индикатора.
2. Проведя подготовительные операции и подготовив поверочную плиту к контролю, приступают к шабрению. Призму опускают поверхностями на окрашенную поверхность поверочной плиты и нескольким и круговыми движениями окрашивают шабруемые поверхности.
3. Призму снимают с плиты и закрепляют в тиски, предварительно установив на них нагубники из мягкого материала.
4. В два приема, одним из ранее изученных способов, шабрят поверхности; сначала выполняют черновое, затем чистовое шабрение.
5. После каждого перехода следует проверять индикатором отклонение от параллельности поверхностей, для чего призму устанавливают поверхностью на поверочную плиту. На установочной призме закрепляют стойку с индикатором, причем конец измерительного стержня индикаторной головки должен находиться на поверхности. Поворотом наружного кольца индикатора совмещают нулевое деление шкалы со стрелкой прибора. Передвигая установочную призму с индикатором вдоль обработанной поверхности (от конца до конца и поперек), по показаниям прибора определяют величину отклонения от параллельности. Аналогично проверяют другую поверхность, Соблюдение размера между параллельными поверхностями и основанием проверяют микрометром.
6. Шабрение поверхностей заканчивают при достижении 12 … 16 пятен на площади 25×25 мм по всей шабруемой поверхности и отклонении от параллельности не более чем 0,02 мм на 200 мм длины.
Шабрение плоских поверхностей, расположенных под внешним углом 90° выполняется в такой последовательности.
1. Проверяют отклонение от перпендикулярности поверхностей к основанию и их параллельность между собой.
2. Проведя подготовительные работы по подготовке поверочной плиты и угольника к шабрению, на одну из его сторон тампоном наносят тонкий слой краски, а затем устанавливают угольник на плиту.
3. Призму основанием устанавливают на поверочную плиту и прижимают боковой поверхностью к окрашенной поверхности угольника. Одной рукой прижимают поверочный угольник к плите, а другой перемещают призму вдоль угольника вперед и назад, окрашивая обрабатываемую поверхность.
4. Призму устанавливают и закрепляют в тиски. Одним из ранее изученных способов шабрят боковую поверхность.
5. Шабрение поверхности заканчивают, если выдержаны прямолинейность обрабатываемой поверхности и параллельность сторон (отклонение не должно превышать 0,02 мм на 200 мм длины), внешний угол между поверхностями составляет 90° и достигнута точность шабрения, характеризуемая 12 … 16 пятнами на площади 25×25 мм по всей отшабренной поверхности.
6. Шабрение заканчивают при достижении всех ранее указанных параметров. Контроль осуществляют с помощью поверочной плиты, угольника, микрометра и индикаторной головки.
Шабрение плоских поверхностей, расположенных друг к другу под внешним углом 60° выполняется в такой последовательности.
1. Призму закрепляют в тиски угловой выемкой вверх.
2. На две плоские поверхности трехгранной поверочной линейки наносят тампоном тонкий слой краски.
3. В угловую выемку призмы помещают поверочную линейку и, слегка прижимая, перемещают ее несколько раз вперед и назад. Вдоль выемки, перенося краску на обрабатываемые поверхности.
4. Сняв линейку, приступают к шабрению одной из наклонных поверхностей. Шабрение чередуют с контролем. Процесс прекращают при достижении 12 … 16 пятен на площади 25×25 мм по всей шабруемой поверхности и соблюдении угла наклона поверхности к боковой грани. Угол наклона контролируют угломером или шаблоном. В той же последовательности пришабривают другую поверхность.
5. Закончив шабрение, обработанные поверхности очищают от остатков стружки и краски, протирают сухой ветошью и приступают к окончательному контролю.
Контроль расположения наклонных поверхностей по отношению к основанию призмы (базе) выполняют в такой последовательности:
а) устанавливают призму основанием на поверочную плиту;
б) в угловую выемку призмы устанавливают трехгранную поверочную линейку;
в) с помощью индикатора ранее изученным способом проверяют отклонение от параллельности верхней поверхности линейки по отношению к основанию призмы как по ширине, так и по длине линейки (отклонение не должно превышать 0,02 мм на 200 мм длины обработанной поверхности).
Шабрение плоских поверхностей, расположенных под внутренним острым углом выполняют на примере шабрения направляющих металлорежущих станков, пазы которых имеют форму типа «ласточкин хвост». Шабрение выполняют, как правило, специальными плоскими шаберами, имеющими изогнутую рабочую часть. Режущая кромка таких шаберов имеет незначительную кривизну или вообще затачивается прямолинейно.
Шабрение направляющих суппорта токарного станка выполняют в такой последовательности.
1. Выполнив подготовительные операции, тампоном наносят краску на контрольную поверхность угловой поверочной плиты.
2. Суппорт устанавливают на поверочную плиту и прямолинейными движениями (назад и вперед) переносят краску на поверхности. При отсутствии угловой поверочной плиты используют трехгранную поверочную линейку .
3. Суппорт устанавливают в тиски (приспособление) и закрепляют таким образом, чтобы поверхности были расположены горизонтально, после чего приступают к шабрению окрашенных поверхностей.
4. Шабрят поверхности ранее изученными способами, чередуя шабрение с контролем, изменяя направление шабрения после каждого окрашивания. Шабрение в углах паза выполняют трехгранными шаберами. Шабрение заканчивают при достижении заданной точности шабрения — обычно 12 … 16 пятен на площади 25×25 мм по всей шабруемой поверхности.
5. Закончив шабрение горизонтальных поверхностей, переходят к шабрению поверхностей, для чего на наклонные поверхности угловой поверочной плиты тампоном наносят краску, Суппорт устанавливают на плиту, прижав обрабатываемую поверхность к окрашенной поверхности плиты, и продольным движением (вперед и назад) переносят краску на обрабатываемую поверхность.
6. Суппорт устанавливают в приспособление и закрепляют таким образом, чтобы поверхность была расположена сверху и горизонтально, а затем шабрят ранее изученным способом. Шабрение заканчивают, достигнув заданной точности.
Контроль сопряжения поверхностей осуществляют по угловой поверочной плите на просвет или о помощью шаблона, а также угломером.
7. Повторив ранее изученные приемы, шабрят вторую наклонную поверхность.
В процессе шабрения поверхности периодически осуществляют контроль отклонения от параллельности наклонных плоских поверхностей. Контроль осуществляют с помощью двух контрольных валиков, микрометра или штангенциркуля (точность измерения 0,02 мм) в такой последовательности:
а) в углы, образованные плоскими поверхностями закладывают контрольные валики;
б) с помощью микрометра (штангенциркуля) по наружным образующим валиков определяют размеры в начале и в конце направляющих. Сравнивают их, если они не совпадают, значит направляющие непараллельны. Допустимое отклонение от параллельности — 0,02 мм на 200 мм длины.
Кроме шабрения прямолинейных поверхностей, слесарю часто приходится шабрить и криволинейные поверхности, в большинстве случаев это вкладыши разъемных и неразъемных подшипников скольжения.
Шабрение криволинейных поверхностей выполняют трехгранными шаберами, прямыми или изогнутыми, реже применяют четырехгранные шаберы и шаберы-кольца.
1.4 Контроль точности шабрения
Процесс шабрения считается законченным после достижения определенной точности, которая при контроле на краску с применением проверочных инструментов определяется по числу контактных пятен на обработанной поверхности, приходящихся на определенную площадь этой поверхности. В качестве единицы площади обработанной поверхности принят квадрат со сторонами 25 х 25 мм; чем больше пятен расположено на этой поверхности и чем равномернее они распределены, тем выше качество шабрения. При контроле качества шабрения используют специальную рамку (рис. 4.7, а), которую накладывают на поверхность, и подсчитывают количество пятен, находящихся в окне рамки. Для обеспечения большей объективности контроля подсчет пятен проводится в нескольких местах обработанной поверхности (рис. 4.7, б), а качество обработки оценивается по среднему арифметическому значению числа пятен.
Для контроля качества шабрения криволинейных поверхностей применяется целлулоидный шаблон (рис. 4.7, в), который в процессе контроля воспроизводит форму обработанной поверхности. На таком шаблоне нанесена сетка с квадратами 25×25 мм, используя которую легко подсчитать количество пятен в квадрате на различных участках криволинейной поверхности. Шабрение считается удовлетворительным, когда 75 клеток шаблона содержат количество пятен, отвечающее техническим условиям.
1.5 Организация рабочего места. Требования безопасности труда
При выполнении заданий по шабрению необходимо соблюдать следующие требования безопасности труда.
1. Режущие элементы шаберов не должны иметь трещин и отколов. Ручки должны быть изготовлены из древесины твердых пород, не должны иметь трещин, задиров, отколов. Поверхность ручки должна быть гладкой, чистой и постоянно сухой. На ручке должно быть установлено металлическое кольцо, предохраняющее ее от раскалывания.
2. При работе двусторонними шаберами во избежание травмы рук о режущую кромку второго конца шабера ее закрывают специальным футляром или, в крайнем случае, ветошью. Запрещается выполнять работу неисправным инструментом.
3. В процессе шабрения запрещается удалять металлическую пыль и стружку с обрабатываемой поверхности руками или сдувать ее воздухом. Пыль и стружку удаляют щеткой-сметкой или ветошью.
4. Обрабатываемые поверхности заготовок не должны иметь заусенцев и острых кромок. Если они имеются, их следует предварительно снять (притупить). Обрабатываемая заготовка должна быть надежно установлена и закреплена.
5. Рабочее место у заточного станка и сам станок должны соответствовать требованиям, предъявляемым к рабочему месту и металлорежущему оборудованию, с которыми ученик познакомился ранее
Перед началом работы на заточном станке или с электроинструментами необходимо повторить правила электробезопасности и правила работы с инструментом и оборудованием, имеющими электро- или пневмопривод.
6. В процессе работы особое внимание следует уделять поверочному инструменту. Поверхности поверочных плит, линеек, угольников должны быть чистыми и смазанными тонким слоем машинного масла. Их следует оберегать от механических повреждений, грязи, металлической стружки, пыли и влаги, так как все эти факторы ведут к интенсивному, преждевременному износу инструмента. Поэтому в процессе контроля обрабатываемую заготовку следует с повышенной осторожностью накладывать на поверочную плиту, линейку, угольник или наоборот.
2. Роторы. Устройство. Назначение. Техническое обслуживание.
При роторном бурении долото приводится во вращение вращательным механизмом – ротором – через бурильную колонну, выполняющую роль промежуточной трансмиссии между долотом и ротором.
Ротор служит также для поддерживания бурильной или обсадной колонны на весу при помощи элеватора или пневматических клиньев. Для выполнения перечисленных работ ротор должен обеспечивать необходимую частоту вращения бурильной колонны и легко менять направление вращения, грузоподъемность его должна несколько превышать вес наиболее тяжелой колонны.
Ротор (рис. 1) состоит из литого стального корпуса 2, во внутренней полости которого на упорном шариковом подшипнике 4 размещен стол 3 с укрепленным с помощью горячей посадки зубчатым коническим венцом. Последний входит в закрепление с конической звездочкой, посаженной на валу 8, вращающемся на двух подшипниках. В нижней части устанавливается вспомогательная опора 1, закрепленная гайкой 10. верхняя часть стола ротора закрывается кольцевым кожухом 7, ограждающим периферическую часть вращающего стола. На консольной части роторного вала смонтировано цепное колесо 9, через которое подводится мощность к ротору.
Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный размер долота, которое может быть пропущено через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаметрами проходного отверстия (400-760 мм). В центральное отверстие вставляют вкладыши 6, в которые вводят зажимы 5 для ведущей трубы. Перемещение вкладышей ротора и зажимов в осевом направлении предупреждается запорами, а закрепление стола осуществляется защелкой.
Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующегося при работе зубчатых передач и подшипников, в станину ротора заливается масло.
В некоторых районах при бурении глубоких скважин роторным способом, особенно в осложненных условиях, иногда применяют индивидуальный привод ротора ПИРШ4-2А, укомплектованный двумя электродвигателями мощностью 320 кВт, трехвальной коробкой перемены передач и ротором. Мощность от коробки передач к ротору отбирается при помощи специальных полужестких муфт. Ротор может работать при четырех скоростях вращения: 70, 140, 220 и 320 об/мин.
В других случаях отечественные буровые установки предусматривают отбор мощности от двигателей лебедки с помощью цепной или карданной передачи. При первом варианте мощность ротора отбирается с одного из валов лебедки, выполняющего при этом функции трансмиссии, при втором варианте – непосредственно от двигателя лебедки с помощью карданной передачи.
В процессе роторного бурения часть мощности расходуется на привод поверхностного оборудования, вращение бурильной колонны и разрушение горной породы долотом. Рассчитать требуемую мощность на осуществление перечисленных работ очень трудно, так как затрата мощности зависит от очень многих факторов: диаметра бурильной колонны и скважины, длины бурильной колонны, свойств промывочной жидкости и т.д. поэтому можно сделать только ориентировочные расчеты, показывающие, что с ростом глубины скважины бесполезная затрата мощности возрастает и, следовательно, проводимая к долоту мощность уменьшается.
На условия работы ротора влияют и изменения нагрузки на долото. При увеличении нагрузки, возможно, такое сочетание, когда величина вращающего момента, передаваемого бурильной колонной, окажется недостаточной для преодоления сопротивления, встречаемого долотом со стороны горной породы. В результате долото начинает вращаться с меньшей частотой и даже может на некоторое время оказаться в заторможенном состоянии. В бурильной колонне при этом кинетическая энергия вращения переходит в потенциальную энергию кручения, которая после достижения определенного значения преодолевает сопротивление породы, и происходит обратный процесс – превращение потенциальной энергии кручения в кинетическую энергию вращения.
Такой переход видов энергии из одного состояния в другое приводит к возникновению упругих колебаний, и, если их частота совпадает с частотой вынужденных колебаний колонны, возникающих вследствие неравномерной подачи долота, то наступает резонанс, передающийся через ведущую трубу ротору. Последний при создании таких условий его эксплуатации испытывает большие динамические нагрузки, приводящие к интенсивным вибрациям ротора, его фундамента, вышки; все это сопровождается нарастанием шума в буровой, а иногда даже авариями.
Как видно, вращение бурильной колонны, необходимое при роторном бурении, приводит к значительному осложнению процесса проходки скважины. Этим и объясняется вытеснение роторного бурения в ряде районов бурением с забойными двигателями.
Рис. 1. Схема ротора.