Разработка технологического процесса изготовления детали – сверло железнодорожное из стали 40Х с твёрдосплавными пластинами WCMX06T308

Чтобы обеспечить условия  протекания горячей деформации, приходится с увеличением ее скорости повышать температуру нагрева заготовки (для увеличения скорости рекристаллизации).

Если металл по окончании  деформации имеет структуру, не полностью рекристаллизованную, со следами упрочнения, то такая деформация называется неполной горячей деформацией. Неполная горячая деформация приводит к получению неоднородной структуры, снижению механических свойств и пластичности, поэтому обычно нежелательна.

При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации, а отсутствие упрочнения приводит к тому, что сопротивление деформированию (предел текучести) незначительно изменяется в процессе обработки давлением. Этим обстоятельством объясняется в основном то, что горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как при этом требуются меньшие деформирующие силы (менее мощное оборудование).

Влияние условий деформирования на процесс

 обработки металлов давлением

Процесс пластического деформирования металла при обработке давлением может быть представлен графической зависимостью действующих давлений от соответствующих пластических деформаций (рис. 3.3). При холодной деформации растет величина необходимых для этого напряжений и уравновешивающих их в каждый момент времени внешних сил, прикладываемых к деформируемому телу (кривая 3 на рис. 3.3). Эта зависимость ограничена не только по оси абсцисс величиной пластической деформации, которой можно достичь без разрушения (предельной деформации), но часто и по оси ординат величиной максимально допустимых давлений на инструмент. Характер зависимости давления - деформации и их предельные значения зависят от свойств металла и условий деформирования.

С повышением температуры  увеличиваются значения максимального относительного удлинения и максимально достижимых деформаций, а сопротивление деформированию уменьшается (рис. 5).

Рис. 5. «Зависимость давления от степени пластической деформации в процессах обработки металлов давлением»:

/ - горячая деформация с низкой  скоростью;

2. - горячая деформация с более высокой скоростью.
3. - холодная деформация

Рис. 6. «Изменение о, и б малоуглеродистой стали в зависимости от температуры»

Таким образом, при деформировании стали, нагретой, например, до температуры 1200 °С, можно достичь большего формоизменения при меньшей приложенной силе, чем при деформировании не нагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивления деформированию при повышении температуры в случае выполнения ряда требований, предъявляемых к процессу нагрева. Так, каждый металл должен быть нагрет до вполне определенной максимальной температуры. Если нагреть, например, сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ. При этом происходит полная потеря пластичности. Пережог исправить нельзя, пережженный металл может быть отправлен только на переплавку.

Ниже зоны температур пережога находится зона температур перегрева. Явление перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вследствие того что крупнозернистой первичной кристалл иза- ции (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кристаллизация (ферриг + перлит или перлит + цементит), механические свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими.

 

Температура

Начала 1200, конца 800.  Сечения  до 350 мм охлаждаются на воздухе

Виды  машиностроительных профилей

Машиностроительные профили - длинномерные изделия (у которых один размер - длина - значительно больше поперечных размеров) с определенной формой поперечного сечения. Данные о группе профилей, различающихся формой и размерами, называют сортаментом. Весь сортамент машиностроительных профилей, изготовляемых обработкой давлением и насчитывающий миллионы типоразмеров, можно разделить на четыре основные группы: сортовые профили, листовой металл, трубы и периодические профили.

Сортовые профили делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, угловой, тавровый профили и т.д.).

Листовой металл из стали и цветных металлов используют в различных отраслях промышленности. В связи с этим листовую сталь, например, делят на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т.д. Расширяется производство листовой стали с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытиями. Кроме того, листовую сталь делят на толстолистовую (толщиной 4 ... 160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой.

Трубы делят на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы используют в наиболее ответственных случаях - в трубопроводах, работающих под внутренним давлением, в агрессивных средах.

Периодические профили имеют периодически изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки, их применяют как фасонную заготовку для последующей штамповки и как заготовку под окончательную механическую обработку.

Для изготовления машиностроительных профилей применяют различные виды обработки металлов давлением: прокатку, прессование, волочение, профилирование листового металла. Поэтому кроме группирования по приведенным геометрическим признакам профили разделяют и по способу их изготовления.

Производство  прокатных профилей

Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающимися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Кроме наиболее распространенного вида прокатки - продольной (рис. 7) выделяют еще два вида - поперечную и поперечно-винтовую.

При поперечной прокатке валки /, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке 2 и деформируют ее. При поперечно-винтовой прокатке валки I расположены под углом и сообщают заготовке 2 при деформировании вращательное и поступательное движения.

Рис. 7. «Схемы поперечной (а) и поперечно- винтовой (б) прокатки: I - валки. 2 - заготовка; 3 – оправка»

 

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости  от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 8, а), применяемыми для прокатки листов, лент и т.п.; ступенчатыми, например, для прокатки полосовой стали, и

ручьевыми (рис. 8, б) для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка а совокупность двух ручьев образует полость, называемую калибром (рис. 8, в). Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Валки состоят из рабочей части - бочки /, шеек 2 и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, которые у одного из валков 5 (рис. 8, г) могут перемешаться специальным нажимным механизмом 4 для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью, которая вместе со шпинделем для привода валков б, шестеренной клетью 7 для передачи вращения с одного на два вала, редуктором 8, муфтами и электродвигателем 9 образует рабочую линию стана.

Рис.8. «Валки и схема их привода  в рабочей линии прокатного стана»:

а - гладний валок; б – ручьевой валок; в – открытый и закрытый калибры; г – схема рабочей линии прокатного стана

 

Тем самым для нашего сверла мы выбираем способ обработки металлов давлением, а именно прокатку. С помощью проката мы получаем заготовку называемую «прутом» длинной 200 мм, и диаметром поперечного сечения 50 мм, с достаточными припусками для дальнейшего резания и механической обработки.

 

 

 

Совокупность  операций механической обработки

Обработка металлов резанием

     Обработка металлов резанием, технологические процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды ОМР: точение, 

строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование шлифование  хонингование и др.

      Закономерности  ОМР рассматриваются как результат взаимодействия системы станок — приспособление — инструмент — деталь. Любой вид ОМР характеризуется режимом резания, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания v, глубина резания t и подача s. Скорость резания — скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача — скорость в направлении движения подачи. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей — перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об.      

        Глубина  резания— толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла рассматриваются такие элементы резания (физические параметры): толщина срезаемого слоя и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных t и s зависит от главного угла в плане j.

         В зависимости от условий резания  стружка, снимаемая режущим инструментом (резцом, сверлом, протяжкой, фрезой и др.) в процессе ОМР, может быть элементной, скалывания, сливной и надлома. Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причём она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.

     На практике  часто используют полученные  на основе экспериментов эмпирические  формулы. Затрачиваемая мощность (в квт) для большинства процессов ОМР:

N_э = P_z ·v/60·102,

где P_z — составляющая силы резания в направлении подачи в н (кгс), v — скорость резания в м/мин, потребная мощность электродвигателя станка N_cт = N_э/h, где h — кпд станка.

      Скорость  резания, допускаемая режущим  инструментом, зависит от тех  же факторов, что и силы резания,  и находится в сложной зависимости  от его стойкости.

Значительное влияние  на ОМР оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов

Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при ОМР связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме ОМР

Дальнейшее направление  развития ОМР: интенсификация процессов резания, освоение обработки новых материалов, повышение точности и качества обработки, применение упрочняющих процессов, автоматизации и механизации обработки.

Для получения деталей  необходимых геометрических форм и  размеров требуется снятие с заготовки  лишних слоев металла (припуска на обработку) механической обработкой на металлорежущих станках различных конструкций  или слесарной обработкой вручную.

Для  40Х  продолжительность выдержки при отжиге 1 — 1,5 ч и при низкотемпературном отжиге 0,5—1 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание  видов обработки металла резанием

Рис.9. «Схемы обработки заготовок: а – точением, б – растачиванием, в – сверлением, г – фрезированием, д – шлифованием на круглошлифовальном станке, е – шлифованием на плоскошлифовальном станке.

• Точение выполняют на станках, где обрабатываемая деталь  вращается, а режущий инструмент перемещается по направлениям. Перемещением резца в направлении  осуществляют подачу, определяющую ширину снимаемой стружки за один оборот изделия . Перемещением резца в направлении определяют глубину резания или толщину снимаемой стружки.
• Сверление производят на станках при помощи режущего инструмента — сверла ; обрабатываемая деталь  закреплена неподвижно. Сверло , совершая вращательное  и прямолинейно-поступательное движение  высверливает отверстие, равное диаметру сверла.
• Фрезерование осуществляется вращательным движением режущего инструмента — фрезы ; движение подачи , перпендикулярное оси вращения инструмента, производится столом станка с неподвижно закрепленной на нем деталью .
• Строгание на поперечно-строгальных станках выполняют резцом, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение ; подачу осуществляют движением заготовки по направлениям. При работе на продольно-строгальных станках возвратно-поступательное движение резания сообщается обрабатываемой детали, а движение подачи — резцу. В строгальных станках движение резания складывается из рабочего и холостого ходов; движение подачи у этих станков прерывистое.
• Шлифование выполняют шлифовальным кругом , который совершает вращательное движение . При цилиндрическом шлифовании заготовка совершает круговую и прямолинейную подачу. При шлифовании плоскостей заготовка совершает прямолинейную подачу.

Толщина слоя, срезаемого с  заготовки за один проход режущего инструмента, выраженная в миллиметрах, называется глубиной резания.

Расстояние (в мм), на которое  перемещают режущий инструмент за один оборот изделия или за один проход режущего инструмента, называется подачей.

 

То есть, далее для получения нашей детали из прута мы используем точение для всей детали, и для особых участков используем  методы представленные на рисунке ниже.