Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Технологические особенности механической обработки заготовок из основных конструкционных материалов

15.11.2018

Обрабатываемость магния и его сплавов. Из всех конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, магний обладает наиболее высокой обрабатываемостью. Скорость износа инструмента очень низкая, так как магний и его сплавы имеют невысокую температуру плавления. Температура на поверхности раздела инструмент — заготовка низкая, поэтому токарную обработку можно проводить со скоростями резания 20 м/с и более.

Небольшое значение силы резания объясняется низким пределом текучести магния при сдвиге и малой площадью контакта на передней поверхности инструмента в широком диапазоне скоростей резания. Низкая пластичность магния и его сплавов приводит к образованию элементной стружки, легко разделяемой на короткие отдельные сегменты, поэтому удаление стружки не вызывает сложности даже при очень высоких скоростях обработки.

Для резания можно применять стальные или твердосплавные инструменты, при этом получают хорошее качество поверхности при низких и высоких скоростях обработки. Недостатком обрабатываемости магния является воспламеняемость мелкой стружки, что влечет опасность возникновения пожара.

Обрабатываемость алюминия и его сплавов. Алюминиевые сплавы обладают хорошей обрабатываемостью, так как температура плавления алюминия низкая и возникающая при резании температура не достигает высоких значений. Высокая стойкость инструмента может быть получена при обработке большинства алюминиевых сплавов со скоростями резания до 10 м/с твердосплавными инструментами и 5 м/с инструментами из быстрорежущей стали.

Высокий износ инструмента является проблемой только при обработке силумина, в составе которого имеются твердые зерна кремния размером до 70 мкм. Большие кристаллиты кремния увеличивают скорость износа инструмента и снижают допустимую скорость резания (1,6 м/с), так как частицы кремния большого размера способствуют возникновению высоких напряжений и температуры на режущей кромке. Механическая обработка высококремнистых силуминов является одной из областей применения алмазных инструментов.

Как правило, силы резания при механической обработке алюминиевых сплавов низкие. Однако при обработке технически чистого алюминия необходимы высокие силы резания, обусловленные большой площадью контакта на передней поверхности инструмента и толстой стружкой. В зоне пластического течения происходит схватывание стружки с поверхностью инструмента и разрушение образовавшихся связей. Такая зона является основным источником тепловыделения, способствующим повышению температуры инструмента и его износу. По этим характеристикам алюминий отличается от магния, но аналогичен многим другим технически чистым металлам.

Отвод стружки из зоны резания является основной проблемой, влияющей на обрабатываемость алюминия. При точении алюминия и некоторых его сплавов образуется прочная сливная стружка, которая опутывает резец; для ее удаления приходится останавливать станок. В сверлах, метчиках и многих типах фрез сходящая стружка может привести к забиванию стружечных канавок или пространства между зубьями, что часто приводит к необходимости изменить конструкцию инструмента для обработки алюминия.

Обрабатываемость меди и ее сплавов. Силы резания при обработке технически чистой меди очень велики, что в основном вызвано большой площадью контакта на передней поверхности инструмента, приводящей к образованию небольшого угла сдвига и к толстой стружке. По этой причине медь считается одним из наиболее труднообрабатываемых материалов. Например, при сверлении глубоких отверстий силы резания настолько велики, что вызывают разрушение сверла. Низкое качество обработанной поверхности и высокая прочность сливной стружки, трудно поддающейся удалению, создают дополнительные трудности при механической обработке меди.

По сравнению с медью лучшей обрабатываемостью обладают медные сплавы, подвергнутые холодному пластическому деформированию, в результате которого увеличивается угол сдвига и образуется более тонкая стружка при резании заготовок из этих сплавов. Минимальные силы резания отмечаются при обработке латуней (сплавов с высоким содержанием цинка). Однако для упрощения удаления стружки и повышения качества поверхности при обработке латуни в качестве добавок в процессе ее получения обычно вводят свинец в количестве 2...9% (маc.). Образуется тонкая стружка, разделяющаяся на очень небольшие части, которые легко поддаются удалению, и скорость износа инструмента уменьшается. Поэтому заготовки из латуни можно обрабатывать без остановки станка для смены инструмента или уборки стружки.

Обрабатываемость технически чистого железа и его сплавов. Поскольку железо, стали и чугуны имеют высокую температуру плавления, им свойственна низкая обрабатываемость режущим инструментом. Теплота, выделяющаяся при обработке резанием этих материалов, становится определяющим фактором, накладывающим ограничения на скорость съема металла, работу инструмента и, следовательно, на стоимость механической обработки.

Технически чистое железо, подобно алюминию и меди, плохо поддается обработке. Силы резания выше, чем при обработке меди, однако они быстро уменьшаются с увеличением скорости резания.

Обрабатываемость конструкционных сталей в значительной степени зависит от способа выплавки и технологии последующей обработки.

Конверторные стали, отличающиеся высоким содержанием серы и фосфора, обрабатываются значительно лучше, чем стали с меньшим содержанием P и S, выплавленные в мартеновских и электрических печах. Обрабатываемость спокойных сталей с контролируемым размером зерна выше, чем кипящих и полуспокойных. Холоднокатаная углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,3 % имеет лучшую обрабатываемость, чем горячекатаная.

Структура заготовки после закалки, отпуска и отжига значительно влияет на обрабатываемость сталей. Наилучшей обрабатываемостью обладает перлит. Низко- и среднеуглеродистые стали должны иметь структуру феррита и пластинчатого перлита. Высокоуглеродистые стали всегда должны иметь структуру зернистого перлита, даже если это приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности.

В инструментальных легированных и быстрорежущих сталях содержание легирующих элементов велико, что резко ухудшает их обрабатываемость и увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Наилучшей микроструктурой заготовок из инструментальной стали является зернистый перлит с равномерно распределенными мелкими карбидами. Такую структуру получают тщательной проковкой заготовок со сфероидизирующим отжигом.

Пониженная обрабатываемость коррозионно-стойких, жаростойких, жаропрочных сталей и сплавов определяется рядом особенностей их механических и теплофизических свойств. Например, жаростойкие и жаропрочные стали аустенитного класса приобретают высокую степень упрочнения при превращении срезаемого слоя в стружку. Все жаропрочные стали и сплавы обладают низкой теплопроводностью, что затрудняет отвод теплоты из зоны резания, повышает температуру резания и интенсивность изнашивания инструмента.

При механической обработке большинства жаропрочных сталей и сплавов образуется элементная стружка, вызывающая значительное колебание силы резания. Последнее приводит к возникновению вибраций, что увеличивает изнашивание инструмента.

Обрабатываемость коррозионно-стойких сталей может быть улучшена отжигом и отпуском, в результате которых происходит выделение карбидов из твердого раствора.

Обрабатываемость чугунов зависит от количества и формы содержащегося в них углерода. Чем больше в чугуне связанного углерода, тем хуже обрабатываемость. Вследствие малой пластичности и низкой склонности к упрочнению чугуна силы резания меньше, чем при обработке стальных заготовок с литой макроструктурой, Механическая обработка чугуна резанием сопровождается образованием элементной или суставчатой стружки.

При одинаковой твердости обрабатываемость чугуна с шаровидным графитом лучше, чем с пластинчатым. Обрабатываемость чугунов ухудшается при повышении содержания фосфора и при наличии молибдена, марганца, хрома, связывающих углерод и способствующих образованию карбидов.

Обрабатываемость титановых сплавов. Эти сплавы имеют высокую температуру плавления и очень низкую теплопроводность (коэффициент теплопроводности в 5-6 раз меньше, чем, например, у углеродистой стали 40). Низкая теплопроводность приводит к высоким температурам резания.

Титановые сплавы не склонны к наростообразованию, что в сочетании с малым коэффициентом трения способствует снижению шероховатости обработанной поверхности. Стружка при резании большинства сплавов имеет суставчатое или элементное строение. Значительно хуже обрабатываются заготовки с литой макроструктурой, а также заготовки, содержащие примеси азота, кислорода и водорода. Допустимая скорость резания при точении таких сплавов ниже, чем при механической обработке заготовок с деформированной макроструктурой и меньшим содержанием примесей.

Особенность титановых сплавов заключается в том, что термической обработкой не удается существенно повысить обрабатываемость заготовок, полученных ковкой или прокаткой.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: