Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тема: Обработка металлов резанием



Лекция № 34.

 

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последователь­ном использовании различных технологи­ческих способов воздействия на обраба­тываемую заготовку с целью придать ей заданную форму и размеры указанной точности. Одним из таких способов яв­ляется механическая обработка заготовок резанием. Она осуществляется металло­режущим инструментом и ведется на ме­таллорежущих станках. Обработка реза­нием заключается в срезании с обраба­тываемой заготовки некоторой массы ме­талла, специально оставленной на обра­ботку и называемой припуском. При­пуск может удаляться одновременно с нескольких поверхностей заготовки или последовательно друг за другом с каждой обрабатываемой поверхности. В ряде слу­чаев припуск может быть настолько боль­шим, что его срезают не сразу, а за несколько проходов. После срезания с за­готовки всего припуска, оставленного на обработку, заготовка прекращает свое существование и превращается в готовую деталь.

Металл, удаляемый в процессе резания с заготовки, подвергается пластическому деформированию и разрушению. В ре­зультате этого материал припуска, отде­ленный от обрабатываемой заготовки, приобретает характерную форму и в та­ком виде его принято называть струж­кой. Срезанная с заготовки стружка яв­ляется побочным продуктом – отходом обработки металлов резанием. Пласти­ческое деформирование и разрушение материала припуска с превращением его в стружку протекает при резании в спе­цифических условиях. Это предопределяет и специфические закономерности процес­са, отражаемые функциональными зави­симостями, справедливыми только для обработки металлов резанием. Таким об­разом, характерным признаком обработ­ки металлов резанием является стружка.

Все способы и виды обработки металлов, основанные на срезании припуска и превра­щении его в стружку, составляют разно­видности, определяемые термином «реза­ние металлов».

Все разновидности реза­ния подчиняются общим закономернос­тям. Способы разделения металлов на части, при которых стружка не обра­зуется, например разрезка ножницами, к обработке резанием не относится. Усло­вия деформирования обрабатываемого металла и образования новых поверх­ностей при разрезке ножницами не под­чиняются закономерностям теории реза­ния металлов.

Конструкционные металлы имеют различные механические свойства, зави­сящие от их химического состава и структурного состояния. Сочетание таких характеристик, как химический состав, механические свойства и структурное состояние металла, определяет его сопро­тивление обработке резанием. Обрабаты­ваемость металлов резанием находит свое проявление в общих закономерностях процессов стружкообразования, форми­рования новых поверхностей и качества обработанных поверхностей.



В связи с тем, что с повышением основных пока­зателей механических свойств, а именно твердости и предела прочности, увеличи­вается сопротивление, которое оказывает металл обрабатывающему его режущему инструменту, эти показатели приобре­тают качество режимных параметров. Они выражают качественное и количест­венное влияние механических свойств металлов на уровень практических ре­жимов их обработки режущими инстру­ментами.

Выпускае­мый металлургической промышленностью стальной прокат разных профилей и се­чений поставляется машиностроительным заводам в виде прутков, полос и листов. Перед тем как приступить к изготовле­нию деталей машин, поступивший сталь­ной прокат разделяют в заготовительных цехах на мерные куски. Часть заготов­ленных мерных кусков стального проката поступает непосредственно в механиче­ские цехи. Другую часть в кузнечнопрессовых цехах перерабатывают в по­ковки и штамповки, которые по форме и размерам более близки к готовым деталям. Это позволяет в значительной степени сократить трудоемкость опера­ций, связанных с обработкой резанием. Часто из мерных кусков стального про­ката разных марок сваривают неразъем­ную заготовку, которую затем подверга­ют механической обработке резанием.

При необходимости мерные куски стального проката перед механической обработкой поступают в термический цех для предварительной термической обра­ботки. Чугун, алюминий и частично сталь перерабатывают в фасонное литье нужных форм и размеров, например, при изготовлении корпусных деталей. Продукцию заготовительных произ­водств – кузнечнопрессовых, литейных, сварочных, термических и механических цехов,– предназначенную для последую­щей механической обработки резанием с целью изготовления из них необходи­мых деталей, принято называть заго­товками. Масса заготовок всегда больше мас­сы изготовленных из них готовых дета­лей. Избыток массы, определяющий раз­мер припуска, надлежит срезать с заго­товок в процессе механической обработ­ки. Удаление общего припуска с поверх­ностей заготовок осуществляется обычно за несколько технологических операций режущими инструментами разного вида путем деления его на межоперационные припуски. В теории и практике резания металлов межоперационные припуски на обработку предопределяют глубину реза­ния.

Заготовки, пред­назначенные для изготовления деталей машин, имеют исходные поверхности. В процессе обработки резанием с заго­товки, слой за слоем, срезается припуск на обработку, в большинстве случаев прилегающий к имеющимся на заготов­ке поверхностям. За первый проход ре­жущего инструмента вместе с поверх­ностным слоем с заготовки срезается и ее исходная поверхность. При этом на заготовке образуется новая поверхность. За второй проход того же или другого режущего инструмента с заготовки среза­ется второй слой металла и вместе с ним поверхность, образованная во время пер­вого прохода инструмента. После второго прохода на заготовке опять образуется новая поверхность. В сплошном металле заготовок с по­мощью сверл могут быть изготовлены отверстия. При сверлении срезается огра­ниченная площадь исходной поверхности заготовки, равная площади поперечного сечения просверливаемого отверстия. По мере углубления сверла в металл в за­готовке образуется новая цилиндрическая поверхность.

К резанию металлов как технологи­ческому способу обработки заготовок де­талей машин предъявляются следующие основные требования: высокое качество и точность обработанных поверхностей; высокая производительность труда; экономичность.

Выполнение этих требований зависит от комплекса одновре­менно действующих факторов, которые можно разделить на три основные груп­пы.

К первой группеотносятся факторы, тем или иным способом связанные с фи­зической природой и структурным состо­янием металла обрабатываемой заго­товки. Вторая группафакторов определяется свойствами материала режущей части инструмента, его конструкцией и качест­вом исполнения. В третью группувходят факторы, отражающие эксплуатационные условия проведения процесса резания.

При изу­чении процесса резания был установлен целый ряд взаимосвязанных параметров и характеристик, отражающих различные физические явления, происходящие в про­цессе взаимодействия режущего инстру­мента с обрабатываемой заготовкой, и на протекание которых влияют свойства ме­талла, подвергаемого обработке резани­ем.

Совокупность этих параметров и ха­рактеристик принято выражать общим термином – обрабатываемость ме­таллов резанием, под которым понима­ется свойство конструкционных металлов подвергаться обработке резанием. Основ­ные показатели обрабатываемости могут иметь как сравнительный, так и абсолют­ный характер.

К числу показателей, определяющих сущность термина «обрабатываемость ре­занием», относятся: сила резания (момент вращения) по сравнению с эталонным металлом (обыч­но сталь 45), измеренная в равных ре­жимных условиях; эффективная мощность, затрачиваемая на резание по сравнению с эталонным металлом в равных режимных условиях; усадка стружки продольная и попереч­ная как мера пластической деформации, необходимой и достаточной для ее сре­зания и образования новых поверхно­стей на стружке и обрабатываемой заго­товке; наличие или отсутствие склонности к наростообразованию в равных условиях резания, а также форма нароста; качество поверхностей, обработанных резанием в равных и оптимальных ре­жимных условиях, оцениваемое шерохо­ватостью и остаточным напряжением в поверхностных слоях изготовленной де­тали; интенсивность изнашивания инстру­ментального материала по сравнению с резанием эталонного металла; теплота, выделяющаяся при деформа­ции материала срезаемого слоя и кон­тактном взаимодействии трущихся по­верхностей, а также ее распределение между стружкой, обрабатываемым мате­риалом и инструментом; вид, форма и размеры срезанной стружки, определяющие удобство ее от­вода, хранения и транспортировки, воз­можность принудительной завивки и ло­мания стружки, а также безопасность обслуживающего персонала; энергозатраты на срезание единицы массы стружки.

Количественные выражения показате­лей обрабатываемости конструкционного металла данного химического состава и структурного состояния определяются твердостью, пределом прочности и отно­сительным удлинением, коэффициентом трения в паре с инструментальным ма­териалом, свойством изнашивать лезвия инструмента, теплопроводностью и т. д. В реальных производственных условиях перечисленные свойства конструкционных металлов в связи с отклонениями хими­ческого состава и неоднородностью микроструктуры не являются постоян­ными.

Кроме того, характеристики процесса резания, отражающие взаимосвязанные физические явления, имеющие место в зо­не стружкообразования, изменяются в за­висимости от режимов резания, прогрес­сирующего износа инструмента и т. п. Поэтому сопоставление количественных оценок обрабатываемости, например по стойкости инструмента, допустимо лишь при соблюдении равных условий резания, типичных для сравниваемых групп кон­струкционных и инструментальных мате­риалов.

Под режущими свойствами понимается способность инструментов обрабатывать конструкционные металлы резанием. Основным показателем режу­щих свойств является эксплуатаци­онный ресурс инструмента за период его стойкости и до полного его использования после всех переточек, предусмотренных техническими нормами. Эксплуатационный ресурс оценивается числом обработанных однотипных заго­товок; длиной относительного рабочего пути; площадью обработанной поверх­ности; объемом металла, срезанного с обработанных заготовок; периодом стой­кости инструмента и числом его пере­точек; суммарной длиной всех обрабо­танных заготовок.

Ресурс инструментов является функ­цией комплекса факторов. К их числу от­носятся: свойства инструментального мате­риала,включающие химический состав (марка материала), структурное состояние, твердость, пределы прочности на растяже­ние, изгиб и сжатие, температуростойкость (красностойкость), износостойкость; конструкции инструментов– оптимальная форма режущей части, жесткость, точ­ность изготовления; режимы резания– скорость резания, подача и глубина реза­ния, смазывающе-охлаждающая жид­кость, принятый критерий износа; со­стояние металлорежущего станка– жест­кость станка и технологической оснастки, виброустойчивость. Все перечисленные факторы влияют на результат работы режущего инстру­мента, и поэтому его режущие свойства могут оцениваться постоянной количе­ственной мерой лишь при постоянстве всего комплекса факторов. Это условие можно соблюсти лишь в научно-иссле­довательских работах, проводимых в ла­бораториях. В реальных условиях пере­численные факторы неодинаковы. Поэто­му эксплуатационный ресурс инструмен­та может также выражаться переменной величиной, являющейся функцией значе­ний переменных факторов. К физико-механическим свойствам материалов в интенсификации процессов механической обработки относят: твердость, прочность, температуростойкость, теплопроводность, коэффициент трения, износостойкость.

Разработан­ные в настоящее время инструменталь­ные материалы, в определенной степени, отвечающие рассмотренным выше требо­ваниям, подразделяются на следующие группы: а) углеродистые и низколегиро­ванные инструментальные стали; б) бы­строрежущие стали; в) твердые сплавы (металлокерамика); г) минералокерамика и керметы; д) синтетические композиции из нитрида бора; е) синтетические и при­родные алмазы.

Способы обработки и область применения приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Способы обработка и область применения

Квалитет Способы обработки Область применения
Тонкое шлифование, тонкое полирование, притирка, доводка Приборостроение, точное станкостроение, при изготовлении деталей шарикоподшипников и т.д.
Чистовое шлифование, алмазное точение, чистовое протягивание и развертывание Точное машиностроение, станкостроение, при изготовлении автомобильных и авиационных двигателей, электромоторов, пневматических и других машин
7 – 8 Чистовое шлифование и точение, тонкое фрезерование и строгание Общее машиностроение, автотракторостроение, вагоностроение, дизелестроение, при производстве паровых машин и турбин
8 – 9 Чистовое точение, строгание, фрезерование, сверление и зенкерование Тепловозостроение, машиностроение
10 – 11 Получистовое точение, строгание, фрезерование и сверление Применяют в машиностроении при отсутствии высоких требований к парным деталям
12 – 14 Литье, ковка и прокатка, груба обдирка на станках Применяют для свободных размеров деталей или заготовок с соответствующими припусками на последующую чистовую обработку на станках

 

Подавляющее число деталей машин приобретают форму и размеры только после механической обработки – обработки металлов резанием, которая подразделяется на лезвийную (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание и др.) и алмазно-абразивную (шлифование, хонингование, полирование, суперфиниш и др.).

Подавляющее число дета­лей машин приобретают форму и размеры только после механической об­работки - обработки металлов резанием, которая подразделяется на лезвий­ную (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование, разверты­вание, протягивание и др.) и алмазно-абразивную (шлифование, хонингование, полирование, суперфиниш и др.).

До обработки будущая деталь называется заготовкой. Чтобы получить необходимую деталь, с заготовки нужно снять часть металла, называемую при­пуском. Процесс снятия припуска режущим инструментом с целью получения детали заданной формы, размеров и точности называется резанием.

Процессы резания среди других процессов являются наиболее эффек­тивными по производительности, удельной энергоемкости и качеству обра­ботки. Ни один из известных процессов удаления материала не может кон­курировать с резанием по этим параметрам; около 90 % общей трудоемкости обработки приходится на долю резания.

Точение – операция обработки наружных и внутренних цилиндриче­ских, конических, сферических и фасонных поверхностей, а также их пло­ских торцовых поверхностей резанием при помощи резцов на станках то­карной группы. При точении (рис. 1.1, а) заготовке сообщается враща­тельное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) –медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном на­правлении (движение подачи).

Фрезерование является высокопроизводительным и универсальным способом механической обработки резанием металлических, композицион­ных и пластмассовых материалов на черновых, получистовых и чистовых операциях технологического процесса. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении - заготовка (рис.1.1, б). Способом фрезерования можно получить 8-11 квалитет точ­ности и поверхность с параметром шероховатости Ra = 3,2 – 12,5 мкм.

Сверление, рассверливание, зенкерование и развертывание предна­значены для образования и обработки цилиндрических отверстий различной степени точности и разных параметров шероховатости обработанных по­верхностей. Зенкерование и развертывание используют также для обработки конических поверхностей.

Сверление – основной метод получения отверстий в сплошном мате­риале. Сверлением можно получать сквозные и глухие отверстия, а также обрабатывать предварительно образованные отверстия. Режущим инстру­ментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) и осевое - движение подачи (рис. 1.1, в). Сверление и рассверливание обеспечивают точности от 9 до 13 квалитета и параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5-8 мкм.

Рис. 1.2. Основные способы обработки резанием

 

Строгание – способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) - заготовка (рис. 1.1, г).

Долбление – способ обработки резцом плоскостей или фасонных по­верхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) – заготовка (рис. 1.1, д).

Под абразивной обработкой понимают финишную обработку резани­ем, которая осуществляется с помощью абразивных зерен в виде монокрис-сталлов или их осколков. Абразивную обработку можно разделить на два основных вида - на обработку связанным и свободным абразивом.

Основными методами абразивной обработки являются: шлифование, хонингование, суперфиниширование, доводка, полирование. Кроме того, имеется несколько методов гидро- и струйно-абразивной и виброабразивной обработки. Применяется также комбинированная обработка, сочетающая абразивное резание с электрохимическими методами.

Шлифование – абразивная обработка, при которой инструмент (шли­фовальный круг) совершает только вращательное движение, которое являет­ся главным движением, а заготовка - любое требуемое движение, при кото­ром осуществляется удаление припуска с заготовки.

При круглом наружном шлифовании (рис.1.1, е) вращается од­новременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осу­ществляется обычно заготовкой, а поперечная подача – шлифовальным кру­гом или заготовкой (рис. 1.1, ж).

В зависимости от интенсивности съема металла в единицу времени, различают наружное шлифование: обдирочное, предварительное, получис­товое, окончательное, тонкое.

Тонкое шлифование предназначено для получения малой шерохова­тости обрабатываемой поверхности (например, Ra = 0,025 – 0,1 мкм). Сни­маемый припуск при тонком шлифовании 0,05 – 0,10 мм на диаметр.

Протягивание – технологический метод обработки резанием и холод­ным пластическим деформированием, производимый специальными много-зубыми инструментами - протяжками и прошивками (рис. 1.1, з).

Поверхности на заготовках, срезаемые за каждый очередной проход инструмента, принято называть обрабатывае­мыми поверхностями. Поверхно­сти на заготовках, вновь образуемые во время очередного прохода инструмента, называют обработанными по­верхностями. Промежуточную по­верхность, временно существующую в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями, принято называть поверхностью резания (рис. 1.2).

Чтобы срезать слой металла, оставленный на заготовке как припуск на обработку, лезвия инстру­мента должны проникнуть в металл на глубину, равную этому припуску. В этом случае весь припуск срезается за один проход инструмента. Если припуск велик, то его срезают за два прохода или более. Величину проникновения лезвий инстру­мента в металл заготовки во время каж­дого прохода принято называть глуби­ной резания. Глубина резания обо­значается буквой t и выражается в миллиметрах.

Рис. 1.2. Поверхности на обрабатываемых заготовках при точении (а) и стро­гании (б)

 

В большинстве случаев обработки ме­таллов резанием глубина резания опреде­ляется как расстояние между обрабаты­ваемой и обработанной поверхностями, измеряемое в направлении, перпендику­лярном обработанной поверхности (рис. 1.2). При сплошном сверлении отверстий глубина резания равна радиусу свер­ла. При торцовом фрезеровании глубина фрезерования равна ширине обрабатывае­мой заготовки, если она меньше диамет­ра фрезы. При точении, расточке, рас­сверливании, развертывании отверстий глубина резания выражается уравнением t = (D – d)/2, где D и d при наружной обточке – соответственно диаметр обра­батываемой и обработанной поверхно­стей, а при внутренней обработке, наобо­рот, D – диаметр обработанной поверх­ности и d – диаметр обрабатываемой по­верхности.

Рабочий процесс реза­ния возможен только при непрерывном относительном взаимном перемещении обрабатываемой заготовки и лезвий ре­жущего инструмента. Обрабатываемые заготовки и режущие инструменты при­водятся во взаимосогласованные движе­ния механизмами металлорежущих стан­ков в соответствии с настройкой их кинематических цепей. Движения могут быть сообщены заготовке и инструменту одновременно, в последовательном по­рядке, чередуя движения каждого из них, а также только одному из них – инстру­менту или заготовке.

Кинематика станков основана на ис­пользовании механизмов, сообщающих исполнительным органам только два простейших движения – вращательное и поступательное. Сочетания и количествен­ные соотношения этих двух движений определяют все известные виды обработки металлов резанием. В процессе резания поступательное или вращательное дви­жение одного из исполнительных органов станка сообщает заготовке или режущему инструменту главное движение резания Dr, происходящее с наибольшей скоростью по сравнению с движениями других ор­ганов. Поступательные или вращатель­ные движения остальных органов, незави­симо от того, приложены они к заготов­ке или к инструменту, являются вспомо­гательными и определяют движения по­дачи Ds. Движение подачи необходимо для обеспечения при осуществлении глав­ного рабочего движения врезания лезвий инструмента в материал заготовки и отде­ление срезаемого слоя в виде стружки на всей обрабатываемой поверхности. В большинстве случаев главное движение резания и движение подачи осуществля­ются во взаимно перпендикулярных плоскостях, но в отдельных случаях они могут происходить и в одной плоскости. Оба движения могут быть как непрерыв­ными, так и прерывистыми. В ряде слу­чаев движение подачи выполняется благо­даря конструктивному исполнению инст­румента. Это достигается за счет распо­ложения в последовательный ряд зубьев инструмента, имеющих возрастающую высоту (метчики, протяжки). При работе этих инструментов не требуется движение подачи, осуществляемое механизмом станка. Функцию механизма подачи вы­полняют сами зубья за счет разности высот смежных зубьев.

При реализации главного и вспомога­тельного движений исполнительными органами станков необходима их коли­чественная оценка. Главное движение, имея наибольшую скорость, определяет направление и скорость деформаций в ма­териале срезаемого слоя и тем самым направление схода стружки и ее форму. Поэтому скорость главного движения яв­ляется скоростью резания. Ско­рость резания может сообщаться как инструменту, так и обрабатываемой за­готовке. Принято обозначать скорость резания буквой v и при лезвийной обра­ботке выражать в м/мин. Если главное движение является вращательным, ско­рость резания количественно равна линей­ной скорости точек заготовки или ин­струмента, находящихся во взаимодей­ствии, и может быть определена из урав­нения v = 10-3πDn, где D – диаметр об­рабатываемой поверхности заготовки или рабочей поверхности инструмента, мм; п – частота вращения заготовки или ин­струмента, об/мин.

При количественной оценке движения подачи используется отношение расстоя­ний, пройденных точками режущего лез­вия в направлении движения подачи к соответствующему числу циклов (или их долей) главного движения, выражаемое численно подачей. В зависимости от соотносимой единицы главного движения подача может выражаться: а) в милли­метрах на оборот (мм/об), если устанав­ливается перемещение в направлении дви­жения подачи, соответствующее одному обороту инструмента или заготовки, со­вершаемому во вращательном главном движении; б) в миллиметрах на зуб (мм/зуб), если устанавливается перемеще­ние в направлении движения подачи, со­ответствующее повороту инструмента на один угловой шаг его режущих зубьев; в) в миллиметрах на двойной ход (мм/дв. ход), если перемещение соответ­ствует одному двойному ходу заготовки или инструмента. При выполнении от­дельных операций удобно задавать пода­чу в миллиметрах в минуту (мм/мин), как значение перемещения инструмента или заготовки в направлении движения пода­чи, совершаемого в течение одной ми­нуты. Подачу принято обозначать буквой S с индикацией, соответствующей исполь­зуемым единицам. Рабочий процесс обработки металлов резанием заключается в дина­мическом и кинематическом взаимодей­ствии двух твердых тел – обрабатывае­мой заготовки и режущего инструмента. Поверхностный слой металла, срезаемый с обрабатываемой заготовки, подвергает­ся интенсивному пластическому деформи­рованию, в результате чего материал срезаемого слоя в частично или пол­ностью разрушенном состоянии удаля­ется с заготовки в виде срезанной струж­ки. Во время протекания процесса реза­ния непрерывно возникают новые поверх­ности на заготовке и на срезаемой стружке.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...