Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Методы обработки металлов резанием

03.11.2018

Из всех процессов формообразования металлов обработка резанием характеризуется наибольшим разнообразием технологических условий обработки. Почти все металлы и сплавы подвергаются обработке резанием: твердые или мягкие, литейные или пластически-деформируемые, вязкие или хрупкие, с высокой или низкой температурой плавления. Почти все детали сложной формы, обычно применяющиеся в мировой инженерной практике, изготовляются путем механической обработки. Режущими инструментами могут быть получены разнообразные изделия — от деталей часовых механизмов до сосудов высокого давления диаметром свыше 3 м. Существует большое разнообразие методов обработки металлов резанием, осуществляемых как с очень высокими скоростями резания, вплоть до 600 м/мин, так и с низкими скоростями, равными всего нескольким сантиметрам в минуту; причем при таких скоростях обработка может длиться несколько часов или занимать доли секунды.

Довольно сложно учитывать большое разнообразие условий механической обработки. Поэтому в данной книге рассматриваются только наиболее существенные технологические условия и даются определения основных терминов при кратком описании некоторых наиболее важных методов механической обработки и их отличительных признаков.

Продольное точение

Этот основной метод механической обработки является одним из наиболее широко применяемых при проведении экспериментальных работ по исследованию процесса резания металлов. Заготовка, закрепленная в патроне токарного станка, приводится во вращательное движение. Резед, жестко закрепленный в резцедержателе, перемещается с постоянной скоростью вдоль оси заготовки, срезая тонкий слой металла для образования цилиндрической поверхности или поверхности более сложной формы (рис. 2.1).

Скорость резания v — скорость, с которой режущая кромка резца перемещается относительно поверхности резания, обычно выражается в м/мин. Подача f — путь, проходимый инструментом вдоль оси заготовки за каждый ее оборот (рис. 2.1, б). Глубина резания w — толщина срезаемого слоя металла, измеренная в радиальном направлении (рис. 2.1, б и в). Произведение этих трех величин определяет скорость съема объема металла — параметр для определения эффективности процесса резания, vfw — скорость съема металла.

Скорость резания и подача — два наиболее важных параметра, регулируемых оператором с целью достижения оптимальных условий резания. Глубина резания в основном определяется первоначальными размерами заготовки и требуемыми размерами изделия. Скорость резания обычно бывает от 3 до 200 м/мин, но в исключительных случаях может достигать 3000 м/мин. Минимальное значение подачи может составлять 0,0125 мм/об, тогда как для очень тяжелых режимов резания — 2,5 мм/об. Глубина резания может меняться от нуля до 25 мм и более. Возможные скорости съема металла могут превышать 1600 см3/мин, однако это встречается редко, и под высокой скоростью съема на практике обычно понимают скорости от 80 до 160 см3/мин.

Основные элементы и геометрические параметры токарного резца приведены на рис. 2.2. Поверхность резца, по которой сходит стружка, называется передней поверхностью. Режущая кромка образуется пересечением передней и задней поверхностей. Конструкция резца и способ его закрепления выбираются таким образом, чтобы при работе не происходило трения задней поверхности резца о свежеобразованную поверхность заготовки. Задний угол — величина переменная, но чаще всего составляет 6—10°. Передняя поверхность расположена под углом к оси заготовки, и за счет изменения величины этого угла добиваются оптимальных характеристик резания для конкретного материала инструмента, материала заготовки и условий резания. Передний угол измеряется от горизонтальной линии. Положительный передний угол образуется тогда, когда передняя поверхность расположена ниже горизонтальной линии (рис. 2.2, б). В ранних конструкциях резцов для обработки металла передний угол был большим, что создавало острую, но легко повреждаемую режущую кромку. Положительный передний угол может достигать ~30°, однако большая прочность резцов с меньшими передними углами обусловила во многих случаях применение инструментов с нулевыми или отрицательными передними углами (рис. 2.2, г). Когда отрицательный передний угол а составляет 5 или 6°, угол заострения между передней и задней поверхностями может быть равным 90°, что создает определенные преимущества.

Резец ограничивается вспомогательной задней поверхностью (рис. 2.2, а), наклоненной под тем же углом, чтобы избежать трения об обработанную поверхность. Вершина резца образуется в месте пересечения трех поверхностей. Она может быть острой, но более часто закруглена по радиусу между двумя задними поверхностями.

Это очень упрощенное описание геометрических параметров одного типа токарных резцов поможет читателю, не имеющему практического опыта, понимать термины, принятые в последующем изложении материала. Имеется большое количество типов резцов разнообразной формы, полная терминология и детальное описание которых очень сложны. Трудно представить работу многих типов резцов без фактического наблюдения за их работой и применения их на практике. Характеристики режущих инструментов в значительной степени определяются точностью выполнения их формы. В большинстве случаев можно назвать определяющие параметры, которые должны быть точно соблюдены для обеспечения эффективного резания. Такими параметрами могут быть, например, задний угол, радиус вершины и ее сопряжение со смежными поверхностями или качество заточки режущей кромки. Трудно переоценить важность соблюдения точности при изготовлении режущего инструмента независимо от того, происходит ли это в инструментальном цехе потребителя или на заводе-изготовителе режущего инструмента. Это та область, где очень высокая квалификация все еще имеет большое значение.

На основании детального рассмотрения продольного точения остальные методы механической обработки рассматриваются кратко с указанием отличия и сходства их параметров.

Растачивание

По существу, условия растачивания внутренних поверхностей незначительно отличаются от условий точения, однако этот метод обработки показывает, какое важное значение при механической обработке имеет жесткость, особенно когда при растачивании цилиндра на большую глубину борштанга, на которой закреплен инструмент, имеет большое отношение длины к ее поперечному размеру и не может быть выполнена такой же жесткой, как резец большого сечения, применяющийся при большинстве видов токарной обработки. Под действием сил резания резец значительно отгибается и вибрирует. Возникающие вибрации могут оказывать влияние не только на размеры обработанной поверхности и ее шероховатость, но также и на стойкость режущего инструмента.

Сверление

При сверлении, проводимом на токарном или сверлильном станке, наиболее часто применяется обычное спиральное сверло. Режущая часть спирального сверла имеет две режущие кромки. Передние поверхности сверла образованы частью поверхности каждой винтовой канавки (рис. 2.3); передний угол определяется углом наклона винтовой канавки сверла. Стружка сходит по винтовой канавке, тогда как поверхности на конусе должны быть заточены под оптимальным углом для образования задней поверхности.
Методы обработки металлов резанием

Существенной особенностью процесса сверления является переменная скорость резания вдоль режущей кромки. Скорость максимальна на периферии у цилиндрической поверхности и приближается к нулю на сердцевине сверла, на перемычке (см. рис. 2.3), где режущая кромка имеет форму зубила и ее воздействие уже не равнозначно воздействию режущего инструмента. Переменная скорость вдоль режущей кромки является причиной многих характерных особенностей, свойственных этой операции.

Поперечное точение

При точении, растачивании, сверлении обрабатываются цилиндрические поверхности или поверхности вращения более сложного профиля. Поперечное обтачивание (подрезка торца), проводимое также на токарном станке, служит для образования плоской поверхности, перпендикулярной оси вращения, за счет подачи инструмента от периферии к центру или от центра к периферии. При поперечном обтачивании глубина резания измеряется в направлении, параллельном оси заготовки, а подача — в радиальном направлении. Характерной особенностью этого метода обработки является постоянное изменение скорости резания, достигающей нуля в центре заготовки.

Обработка фасонных поверхностей и отрезка

Поверхности тел вращения сложной формы могут быть обработаны при точении, однако некоторые фасонные поверхности наиболее эффективно могут быть получены при помощи инструмента, форма режущей кромки которого соответствует требуемому профилю. Подача такого инструмента относительно наружной поверхности заготовки осуществляется в радиальном направлении. Инструмент часто имеет режущую кромку большой протяженности. Ta часть режущей кромки, которая касается заготовки вначале, участвует в резании большую часть времени, обрабатывая наиболее глубокую часть профиля, тогда как остальная ее часть участвует в резании только в течение короткого периода цикла обработки. Силы резания при значительной длине режущей кромки могут достигать больших величин, тогда как подачи, как правило, невелики.

При изготовлении многих коротких деталей, например, таких, как корпус свечи зажигания, окончательной операцией является отрезка, осуществляемая узким резцом, подаваемым от периферии к центру или к центровому отверстию. Чтобы избежать излишнего расхода материала, инструмент должен быть узким. Такой инструмент, имеющий большое отношение длины к ширине, не должен быть дополнительно ослаблен большими вспомогательными задними углами. С отрезными резцами и резцами для обработки фасонных поверхностей связаны определенные трудности, вызванные небольшой величиной заднего угла, что приводит к быстрому местному износу.

Фрезерование

Фрезерованием обрабатываются как канавки, так и плоские поверхности, например плоскости блока цилиндров автомобиля. При этом методе обработки резание осуществляется за счет вращения инструмента и подачи заготовки, закрепленной на столе станка (рис. 2.4). Для осуществления разнообразных видов фрезерования применяется очень большое количество фрез разного типа. Наиболее часто применяются фрезы с числом зубьев (режущих кромок) от трех до ста и более, однако возможно применение однозубых фрез. Образование новой поверхности осуществляется по мере того, как каждый зуб срезает дугообразный сегмент, толщина которого определяется подачей и характеризует нагрузку на зуб. Обычно подачи бывают небольшими, редко превышают 0,25 мм/зуб (и часто доходят до 0,025 мм/зуб), однако благодаря большому числу зубьев скорость съема металла высокая.

Важной особенностью всех фрезерных операций является прерывистое действие каждой режущей кромки. Каждый зуб производит резание на дуге, меньшей половины оборота фрезы. Во время контакта с заготовкой каждая режущая кромка подвергается периодическому динамическому воздействию, приводится в напряженное состояние и нагревается, после чего следует период разгрузки и охлаждения. Время резания составляет долю секунды и повторяется несколько раз в секунду, приводя как к термической, так и механической усталости инструмента. Конструкция фрез, как правило, определяется необходимостью удаления стружки, чтобы она не затрудняла процесс резания.

Фрезерование также применяется для обработки фасонных поверхностей (например, полости штампа, обрабатываемые торцовыми фрезами).

Поперечное и продольное строгание

Существует два способа получения плоских поверхностей, которые могут быть использованы также для обработки канавок и пазов. При поперечном строгании инструмент совершает возвратно-поступательные движения и резание происходит при ходе инструмента вперед по всей длине обрабатываемой поверхности. Обратный ход совершается с поднятым инструментом, чтобы избежать повреждения инструмента или детали. Следующий ход совершается после перемещения заготовки на величину подачи в вертикальном или горизонтальном положении. Продольное строгание аналогично поперечному, однако инструмент закреплен неподвижно, а резание производится за счет перемещения заготовки. Возвратно-поступательные перемещения, включающие периодический реверс больших масс, обусловливают низкие скорости резания, однако относительно высокие скорости съема металла достигаются за счет большой подачи. Прерывистое резание создает тяжелую ударную нагрузку на режущую кромку при каждом ходе. Время обработки между подачами больше, чем при фрезеровании, но меньше, чем при большинстве токарных операций.

Описанные методы обработки являются одними из наиболее важных среди большого числа методов формообразования машиностроительных деталей. Некоторые методы обработки, такие, как отрезка, опиловка или нарезание резьбы, широко известны, тогда как протягивание, развертывание или нарезание зубчатых колес червячной фрезой — сфера деятельности специалиста. Каждый из этих методов обработки имеет индивидуальные характерные черты и проблемы наряду с общими особенностями, присущими всем методам обработки.

Еще одним переменным фактором, о котором следует упомянуть на данной стадии рассмотрения, является среда, окружающая зону резания. Резание часто проводится всухую, но при многих операциях для повышения эффективности резания применяется среда для охлаждения инструмента или заготовки, оказывающая также и смазочное действие. В качестве смазочноохлаждающих жидкостей часто применяются масляные эмульсии или минеральные масла, однако может применяться также и газ, например СО2.

Цель настоящего рассмотрения процесса резания заключается в том, чтобы обратить внимание читателя на следующую особенность, которую необходимо иметь в виду при чтении следующих глав. Несмотря на сложность и разнообразие существующих методов механической обработки, рассмотрены только наиболее важные особенности, свойственные всем методам обработки металлов резанием. Приведенный ниже анализ базируется в силу необходимости на изучении ограниченного числа операций механической обработки, в основном простейших, таких, как точение непрерывных поверхностей, и на исследовании ограниченного числа обрабатываемых материалов. Результаты этого анализа должны быть восприняты критически, так как для реальных условий машиностроительных заводов может быть дано сравнительно мало универсальных рекомендаций. При рассмотрении любой проблемы по резанию металлов первым вопросам должен быть вопрос о том, что представляет собой та или иная операция механической обработки и каковы характерные особенности, являющиеся определяющими для данной операции.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: