Обработка металлов резанием. 2
ТРОИЦКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ –
ФИЛИАЛ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ГА
ПРОГРАММИРОВАННОЕ ПОСОБИЕ
По предмету: "Материаловедение"
Тема: "ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ"
г. Троицк - 2010 г.
ТЕМА «ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ»
На этом уроке курсанту необходимо изучить следующие вопросы:
- Общие сведения и физические основы об обработке металлов
резанием (ОМР).
- Классификация металлорежущих станков, инструмент и
приспособления, применяемые для ОМР:
- Обработка заготовок на токарных станках;
- Обработка заготовок на фрезерных станках;
- Обработка заготовок на шлифовальных станках;
- Обработка заготовок на сверлильных станках.
3. Физико-химические и электрофизические способы обработки.
После изучения данной темы курсант должен знать классификацию металлорежущих станков, способы обработки на них, инструмент и приспособления, применяемые при обработке.
1. Общие сведения и физические основы о способах обработки металлов резанием
Обработкой резанием называются технологические процессы получения изделий из заготовок путем снятия с материала в виде стружки. Обработкой резанием на металлорежущих станках с помощью различных режущих инструментов - резцов, сверл и т.п. - заготовкам придаются нужная форма, размеры, чистота поверхности и точность. Процесс резания состоит в том, что обрабатываемая деталь и режущий инструмент перемещаются один относительно другого, и во время этого инструмент срезает с поверхности заготовки слой металла в виде стружки. При резании различают два вида движения: движения резания - главное движение I и движение подач - вспомогательное движение II (рис. 1).
При снятии стружки с заготовки различают следующие плоскости: основную плоскость - плоскость, параллельную продольной и поперечной подачам; главную секущую плоскость - плоскость, перпендикулярную к проекции главной режущей кромке на основную плоскость; вспомогательную секущую плоскость - плоскость перпендикулярную к плоскости вспомогательной режущей кромки на основную плоскость; плоскость резания - плоскость касательную к поверхности резания и проходящую через главную режущую кромку. При точении процесс образования стружки происходит следующим образом. Резец под действием силы внедряется в обрабатываемый металл. Участок металла, соприкасающийся с передней гранью резца, сжимается между передней гранью и жесткостью скалывания.
Рис. 1. Способы обработки металлов резанием: I - главное движение; II – движение вспомогательное; а - точение; б - сверление;
в - шлифование; г - фрезерование; д - строгание
При течении
внешний вид стружки зависит
от свойств обрабатываемого
- Сливная - сплошная лента или спираль образуется при точении вязких металлов с
малыми подачами и с большими скоростями резания. - Скалывания - вид ленты зазубренной с внутренней стороны. Получается при
обрабатывании менее вязких металлов с малыми скоростями при больших подачах. - Надлома - вид отдельных сколотых элементов. Образуется при обработке хрупких
металлов (чугун, бронза).
Рис. 2. Виды стружки: а - сливная: б - скалывание; в - надлома
В зависимости от вида стружки получается различная шероховатость поверхности. Сливная стружка дает наименьшую шероховатость, а стружка надлома наибольшую.
Основные части и элементы резца
Основным элементом при работе на токарном стане является резец. Он состоит из рабочей части (головки) и тела (стержня).
Рис. 3. Элементы резца: I - головка; II - тело; 1 - вершина; 2 - вспомогательная режущая кромка; 3 - вспомогательная задняя поверхность; 4 - главная задняя поверхность; 5 - главная режущая кромка; 6 - передняя поверхность
Головка резца (рис. 3) состоит из следующих элементов: передняя поверхность (по ней сходит стружка), задних поверхностей - поверхностей обращенных к обрабатываемой детали; главной и вспомогательной режущих кромок выполняющих работу резания и вершины резца.
Углы резца
Работа резания выполняется головкой резца, у которой плоскости расположены друг относительно друга и относительно обрабатываемой поверхности под определенными углами. Для осуществления резания особое значение имеют главные углы, которые измеряются в главной секущей плоскости, рис. 4. Различают: главный задний угол - угол между задней главной поверхностью резца и плоскостью резания; угол заострения - угол между передней и задней главной поверхностями резца; передний угол - угол между перпендикуляром плоскости резания и передней поверхностью резца; угол резания - угол между передней поверхностью и плоскостью резания.
Рис. 4. Углы резца: 1 - основная плоскость; 2 - разрез по вспомогательной секущей плоскости; 3 - разрез по главной секущей плоскости; 4 - главная секущая плоскость; 5 - вспомогательная секущая плоскость; альфа – главный задний угол; бетта – угол заострения; гамма – передний угол; сигма – угол резания; с. 219 - вспомогательные углы
Элементы режима резания
Припуск на обработку - величина слоя металла в мм, снимаемая с заготовки до получения окончательного размера детали, рис. 5.
C=D-d,
где D - диаметр заготовки, мм;
d - диаметр изделия, мм;
C – припуск на обработку, мм.
Глубина резания - толщина слоя металла, срезаемого резцом за один проход,
t = (D-d)/2,
где t – глубина резания, мм;
D – диаметр заготовки, мм;
d - диаметр заготовки после прохода резца, мм.
Подача - величина перемещения резца в мм за один оборот детали.
Рис. 5. Элементы резания и стружки
t – глубина резания; D – диаметр заготовки; d - диаметр заготовки после прохода резца; S - подача инструмента; n – частота вращения детали; a – ширина стружки; b – толщина стружки
Скорость
резания - величина перемещения режущей
кромки резца относительно обрабатываемой
поверхности в единицу времени.
V=nDn/1000,
где V – скорость резания, м/мин;
D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;
n - частота вращения детали, об/мин.
Высокопроизводительное резание
Машинное время - время в течение, которого снимается стружка
за один проход резца.
T=L/nS,
где L - длина прохода инструмента,мм;
S - подача инструмента, об/мин;
n - частота вращения детали, об/мин.
Машинное время можно уменьшить за счет повышения скорости резания и увеличения подачи. Увеличение подачи можно вести до определенных размеров, так как это ведет к увеличению действующих сил на части станка и инструмент. Увеличивается его нагрев, ухудшается частота обработки поверхности. Когда установлена предельная подача, машинное время можно уменьшить за счет повышения скорости резания. Что ведет к значительному повышению температуры режущего инструмента. Поэтому инструмент должен быть с высокой красностойкостью, износоустойчивостью и прочностью. Высокопроизводительное резание, осуществляемое за счет увеличения подачи, называется силовым резанием, за счет увеличения скорости резания - скоростным резанием. Скоростное резание осуществляется инструментами, оснащенными пластинками из твердых сплавов с отрицательным передним углом, рис. 6.
Рис. 6. Резец для скростного резания
p – удельное давление; бетта – угол заострения; гамма – передний угол
При работе твердый сплав
испытывает сжатие, а не изгиб, что
увеличивает стойкость
2. Классификация металлорежущих станков, инструмент и приспособления, применяемые для ОМР
Металлорежущие станки можно разделить на следующие группы: токарные; сверлильные: расточные; фрезерные; строгальные; шлифовальные. Каждая из групп делится на подгруппы, подгруппы на типы и модели. Например, группа токарных станков делится на следующие подгруппы:
- общего значения: центровые, винторезные, винторезные универсальные, винторезные
прецизионные (для особо точных работ), лобовые, револьверные, карусельные и другие: - высокой производительности: многорезцовые, полуавтоматы, автоматы и др.;
- определенного значения и специализированные.
Обработка заготовок на токарных станках
Токарно-винторезный станок 1К62 (рис. 7) — эти станки имеют широкое применение, как в авиапромышленности, так и при ремонте авиатехники. На этих станках можно обрабатывать наружные, внутренние цилиндрические конические и фасонные поверхности, нарезать резьбу сверлить, развертывать зенковать отверстия и производить другие работы. Основными характеристиками станка являются:
- высота центров, мм;
- расстояние между центрами, мм;
- число оборотов шпинделя, мин;
- подача, об/мин;
- мощность электродвигателя, кВт.
Эти показатели даны в паспорте станка.
Рис.7. Общий вид токарно-винторезного станка 1K62
1 – передняя бабка; 2 – суппорт; 3 - задняя бабка; 4 – электрощит; 5 – механизм ускоренного перемещения суппорта; 6 – фартук; 7 – станина; 8 – ходовой валик; 9 – ходовой винт; 10 – коробка передач; 11 – гитара сменных колес; 12 – поперечные салазки; 13 – верхние салазки; 14 – резцодержатель; 15 - пиноль; 16 - маховичек
Станина - служит для соединения всех узлов станка. Отливается из чугуна и имеет точно обработанные направляющие, для суппорта и задней бабки, поверхности (призматические, плоские и смешанные).
Передняя бабка - состоит из чугунного корпуса, внутри которого находится шпиндель и механизм коробки скоростей. Шпиндель служит для закрепления удерживающих заготовку приспособлений и для придания заготовке плавного движения.
Коробка скоростей - состоит из системы валиков, шестерен, блоков и муфт. Путем переключения рукояток перемещаются блоки шестерен, что приводит к изменению числа оборотов шпинделя. На станке 1К62 можно получить 24 рабочих скорости шпинделя, что дает возможность изменять количество оборотов в минуту от 12,5 до 2000.
Коробка передач - состоит из чугунного корпуса, валиков блока шестерен, перекидной шестерни и муфт. Служит для изменения величины подачи суппорта. В механизм подачи входят так же фартук с суппортом. При точении выходной валик коробки подач передает вращение ходовому валу, который через шестерни и зубчатую рейку сообщает суппорту поступательное движение. При нарезании резьб вращательное движение от коробки передач сообщается ходовому винту, который передает движение фартуку, можно осуществить продольные подачи от 0,07 до 4,16 об/мин.
Задняя бабка — служит для закрепления в центре второго конца длинных заготовок обработки в центрах конусов с небольшими углами, а так же закрепления сверл, разверток, зенкеров и других инструментов при обработке отверстий. Корпус бабки может перемещаться по плате так же в поперечном направлении.
Суппорт — служит для закрепления резца и придания ему вспомогательного движения (подачи). Суппорт состоит из продольных салазок с фартуком, поперечных салазок, поворотной части, верхних салазок и резцедержателя. Продольные салазки дают возможность осуществлять поперечную подачу при отрезке, подрезке торцовке и выборе пазов.
Для обработки конусных поверхностей (наружных и внутренних) верхняя часть суппорта вместе с резцом поворачивается на определенный угол, и подача осуществляется вручную путем поворота рукоятки. Продольные и поперечные подачи можно осуществлять как вручную, так и автоматически. Управление подачи суппорта расположено на фартуке.
Приспособления к токарно-винторезному станку
Для установки и закрепления заготовки и инструментов применяются различные приспособления. Центры устанавливаются в шпиндель передней бабки и пиноль задней бабки. Служат для установки заготовки и при обработке цилиндрических и конусных поверхностей. Центры бывают неподвижные и вращающиеся.
Хомутики — служат для передачи главного движения от шпинделя заготовке, установленной в центрах. Хомутики различают обыкновенные и с отогнутым концом.
Поводковый патрон - навертывается на шпиндель и сообщает заготовке через хомутик главное движение.
Самоцентрирующий патрон - навинчивается на шпиндель станка и дает возможность закрепить и отцентрировать цилиндрическую заготовку. С помощью ключа вставленного в гнездо.
Четырехкулачковые патроны - каждый кулачок в этом патроне перемещается от своего винта. Это дает возможность устанавливать и закреплять несимметричные заготовки.
Планшайба - служит для закрепления
заготовки, которые другими
Токарные резцы и выполняемые работы.
Токарные резцы изготовляют из быстрорежущей стали, твердых металлокерамических сплавов или минералокерамических материалов (термокорунд, микролит) - очень хрупкие. Наибольшее применение получили резцы из быстрорежущей стали и металлокерамических сплавов из-за высокой красностойкости.
По способу производства делятся на цельные и наварные.
По ходу выполняемых операций подразделяются на проходные, подрезные, отрезные, расточные, резьбовые и фасонные.
Проходные резцы - для предварительной и окончательной обработки заготовки и
подразделяются на обдирочные прямые (рис. 8а) и отогнутые (рис. 8б). Углы заточки выбираются из расчета наибольшей стойкости и легкого резания.
Чистовые резцы подразделяются на прямые и отогнутые, рис. 8в,г. Чистовые резцы имеют округленные вершины и обеспечивают отделку поверхности.
Подрезные резцы (рис. 8е) служат для подрезки торцов при поперечной подачи.
Отрезные резцы (рис. 8ж) служат для отделения части заготовки, подрезки торцов и уступов.
Расточные резцы (рис. 8д) применяют для расточки сквозных
или глухих отверстий. Резьбовые резцы затачиваются
по шаблону и служат для нарезки различных
резьб, как на внутренней, так и на наружной
поверхности заготовки. Фасонные резцы имеют режущие
кромки, позволяющие получить точеную
поверхность различной кривизны, с канавками
и выступами.
д е
Рис. 8. Токарные резцы и работы, выполняемые ими: а – обдирочные прямые проходные резцы; б – обдирочные отогнутые проходные резцы; в – прямые чистовые резцы; г – отогнутые чистовые резцы; д – расточные резцы; е – подрезные резцы; ж – отрезные резцы
Обработка заготовок на фрезерных станках
Фрезерование — называется технологический процесс обработки поверхностей с помощью фрез. При фрезеровании главная движение осуществляет фреза, а движение подачи - заготовка, закрепленная на столе станка.
Фреза — многолезвийный режущий инструмент каждый зуб фрезы - это резец со всеми характерными для него углами.
Фрезы бывают: цилиндрические и торцевые для обработки плоскостей; дисковые, пазовые, концевые, одноугловые и двуугловые, Т-образные для изготовления пазов и шлицев; фасонные, модульные, червячные, резьбовые для изготовления фасонных поверхностей; отрезные - для резания металлов. Типы фрез показаны на рис. 10.
При фрезеровании подача может быть направлена против вращения фрезы (встречный метод фрезерования, рис. 9б) фрезерование и по направлению вращения фрезы (попутный метод фрезерования, рис. 9в).
Наиболее
часто применяют встречный
Классификация фрезерных станков - делятся на следующие группы: горизонтально-фрезерные станки - шпиндель у них расположен горизонтально; универсально-фрезерные станки имеют поворотный круг, который позволяет продольные салазки стола ставить под углом в пределах (±45°); вертикально-фрезерные станки - шпиндель у них расположен вертикально; продольно-фрезерные станки - стол этих станков имеет только продольную подачу. Специальные фрезерные станки такие как: шпоночно-фрезерные, торцофрезерные, карусельнофрезерные, резьбофрезерные и др.
Универсально-фрезерный станок модели 6Н82, рис. 11.
Приспособление к фрезерным станкам — задняя бабка и делительная головка, тиски, оправки для фрез.
Делительная
головка служит для закрепления
заготовки и поворота ее на определенный угол относительно оси фрезерования и деления
окружности на равные части. Используется
он при фрезеровании зубчатых колес, шпоночных
пазов, шлицев, канавок
б в
Рис.9. Углы зуба фрезы и схемы Рис.10. Тип фрез и выполняемые операции операции: методов фрезерования: а, б - торцевые; в - пазовая; г - концевая;
а – углы зуба фрезы; б - встречный д, е – фасонные; ж - угловая
метод фрезерования; в – попутный
метод фрезерования
Рис. 11. Универсально-фрезерный станок 6НВ2
1 – шпиндель; 2 – оправка; 3 – фреза; 4 – подшипник; 5 – хобот; 6 – стол; 7 - салазки; 8 – консоль; 9 – коробка передач; 10 – фундаментная плита; 11 – станина; 12 – электродвигатель; 13 – коробка скоростей
фрез, разверток, сверл, плоскостей многогранников.
Обработка заготовок на шлифовальных станках
Шлифование — процесс обработки резанием на шлифовальных станках с помощью абразивных инструментов. Шлифование широко применяется для чистовой и отделочной обработки детали машин. Этим процессом можно добиться чистоты десятого класса и точности второго класса, при шлифовании стружка срезается твердыми зернами абразива.
Абразивные материалы — делятся на естественные (кварц, корунд, наждак, алмаз) и искусственные (электрокорунд, карбокорунд, карбид бора). Абразивы - характеризуются твердостью зерна зернистостью формой и прочностью.
Кварц - твердость 7 баллов, зерна округлые, плохо шлифуют. Применяется для песочных точил.
Наждак - твердость 7-8 баллов, обозначается буквой Н. Содержит 30 % Аl2О3, окись железа и силикаты. Цвет - темно-серый, черный. Применяется для изготовления шлифовальной шкурки, абразивных порошков, брусков.
Корунд - твердость 9 баллов, обозначается буквой Е или ЕСБ, ценный материал. Содержит до 95 % Аl2О3. Цвет - темно-коричневый. Обладает хорошими режущими свойствами, применяется для изготовления шлифовальных кругов, шкурки, брусков, полировочных порошков.
Алмаз - содержит углерод и 4.5 % примесей. Цвет - различный. Применяется для обработки особо твердых материалов, правки шлифовальных кругов.
Электрокорунд - обозначается буквой Э, имеет твердость 9-9,5 балла, содержит 86-91 % Аl2О3. Цвет - различный. Применяется для обработки сталей, чугуна, мягких бронз.
Карборунд - состоит в основном из карбида SiC, твердость 9,6-9,8 балла, хрупок. Применяется для шлифования хрупких материалов - чугуна, отдельных бронз.
Карбид бора (В4С) - твердость 10 баллов. Используется для изготовления паст для доводки режущих инструментов или как заменитель алмаза.
Чтобы из абразивных зерен изготовить круг или брусок, необходимы связующие материалы. Связки бывают: керамические К, силикатные С, магнезитные М или органические (окисленные растительным маслом), щелочные Щ, вулканитные В, бакелитовые Б. Расшифровываются марки шлифовальных кругов следующим образом. ЭБ46СМ2К6ПП450 × 63 × 127 × 35 м/с. ЭБ - электрокорунд белый; 46 - зернистость, СМ2 -средняя мягкость 2; К - керамическая связка; 6 - структура; ПП - форма плоская, прямоугольная; 450 × 63 × 127 - диаметр, ширина, диаметр отверстия; 35 м/с - наибольшая скорость вращения.
Шлифовальные станки общего назначения подразделяются на круглошлифовальные (центровые и бесцентровые), внутришлифовальные, плоскошлифовальные, резьбо-шлифовальные, зубошлифовальные, заточные и др.
Твердость абразивов измеряется по десятибалльной шкале, где твердость талька принята за единицу, а твердость алмаза за десять. По твердости шлифовальные круги делятся на классы: чрезвычайные мягкие - чм; весьма мягкие - вм; мягкие - в; средне мягкие - см; средние - с; средне твердые – ст; твердые – т; весьма твердые – вм; чрезвычайно твердые - чт.
Выбор шлифовального
круга по твердости зависит от
твердости обрабатываемого
Сушествуют операции круглого шлифования и операции плоского шлифования.
Обработка заготовок на сверлильных станках
На сверлильных станках производят сверление, зенкование, развертывание, нарезание резьбы и другие виды обработки отверстий. При обработке инструментами придается главное вращательное движение (движение резания) и осевое перемещение (подача).
Сверление - это процесс образования отверстия в сплошном материале. Основные части сверла (рис. 12а): рабочая часть I, которая делится на режущую или заборную часть II совершающую основную работу резанием, и центрирующую часть III; шейка-выточка IV для выхода шлифовального круга; хвостовик V; конический с лапкой VI служит для закрепления сверла в шпинделе станка. Диаметр сверла уменьшается к хвостовику для снижения трения сверла о стенки отверстия. Режущая часть сверла состоит из следующих элементов (рис. 12б): винтовой канавки 1 для отвода стружки, дно которой является передней поверхностью главного режущего лезвия 2, ленточки З, направляющей сверло в отверстие, главной задней поверхности 4, поперечного режущего лезвия 5.
Геометрия режущих лезвий сверла (рис. 12в).
Элементы режима резания и размеры срезаемого слоя показаны на рис. 12г. Скорость резания при сверлении определят из выражения:
V=ndn/1000 (м/мин),
где d – наружный диаметр, мм;
n – частота вращения сверла, об/мин.
Рис.12. Спиральное сверло и геометрия режущей части
I – рабочая часть; II – режущая часть; III – центрирующая часть; IV – шейка-выточка; V – хвостовик; VI – лапка; 1 – винтовая канавка; 2 – главное режущее лезвие; 3 – ленточка; 4 – главная задняя поверхность; 5 – поперечное режущее лезвие; гамма – передний угол; с 231 – угол заборного конуса; альфа – задний угол; ? – угол наклона винтовой канавки сверла; АА, ББ – секущие плоскости; ВВ – сечение; V – скорость резания
3.
Физико-химические и
Понятие об электроискровых способах обработки металлов.
Электроискровая обработка предложена советскими учеными в 1943 году для получения отверстий различной формы с криволинейными осями, очень малых диаметров, для изготовления штампов, узких щелей, волочильных глазков, упрочнение поверхности инструмента, извлечения из отверстий сломанных сверл, шпилек, метчиков, электропечатания, маркировки инструментов, гравировки и т.д.
Сущность способа состоит в электрической эрозии (рис. 13), то есть в разрушении поверхности металла под действием электрического разряда. Электронная лавина на анодоизделии нагревает участок до оплавления и даже до превращения частиц металла в газообразное состояние. Для того чтобы оторванные частицы металла не оседали на катод-инструмент, процесс происходит в жидких не электролитах (керосин, минеральное масло). Анодно-механическая обработка применяется для резки металлов. Электрод-инструмент в виде диска вращается с определенным числом оборотов (15-18 м/сек), в зазор между обрабатываемой деталью и диском по трубе подается электролит - жидкое стекло.
Рис.13 Схема процесса электроискровой обработки
1 – изделие; 2 – электрод-инструмент; 3 – соленоид; 4 – зажим; 5 – изделие; 6 – зажим; 7 – сопротивление; 8 - конденсатор
Система работает от постоянного тока. Сущность способа состоит в том, что электролит взаимодействуя с металлом, создает на поверхности тонкую пленку пониженной прочности, которая легко соскабливается вращающимся диском, одновременно с этим приходит и электроискровой процесс.
Анодно-механическая обработка
Основана
на электрохимическом и электротер
Рис. 14. Схема анодно-механической резки металлов 1 – анод; 2 – катод; 3 - шланг
Ультразвуковая обработка
Ультразвуком называют упругие волны с частотой более 20 кГц. Эти колебания используются для сверления стекла, твердых сплавов, керамики. Для получения ультразвуковых колебаний используют магнитострикционные излучатели. Принцип работы их основан на том, что такие металлы как кобальт, никель и сплавы способны под воздействие магнитного поля уменьшаться по длине, а при снятии поля первоначальная длина восстанавливается. На рис. 15 показана схема ультразвуковой обработки отверстия.
Под действием ультразвуковых колебаний инструмент совершает осевые колебания и может обрабатывать отверстия любого профиля на хрупких материалах. Между концом инструмента и обрабатываемой поверхностью вводится суспензия из воды и мелкого абразивного порошка - карбида бора или карбида кремния. Под действием ультразвуковых колебаний инструмента и суспензии возникает кавитация - разрыв потока жидкости с образованием в ней пузырьков насыщенного пара и растворенных в воде газов. Кавитация приводит в движение зерна абразивов, которые и разрушают участок обрабатываемой поверхности. При этом получается углубление инструмента по форме и размерам. При такой обработке материала изделия не претерпевают никаких изменений.

- Обработка многократных измерений
- Обработка молока
- Обработка мужской сорочки
- Обработка опытных данных методом МНК
- Обработка печатной продукции
- Обработка почвы в Астраханской области
- Обработка птицы и дичи
- Обработка металлов
- Обработка металлов давлением
- Обработка металлов давлением
- Обработка металлов давлением
- Обработка металлов давлением
- Обработка металлов давлением
- Обработка металлов резанием