Технология машиностроения

 

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или один ход заготовки или инструмента.

Подача в зависимости  от технологического метода  обработки  имеет размерность:

мм/об – для  точения  и сверления;

мм/об, мм/мин, мм/зуб –  для фрезерования;

мм/дв.ход – для  шлифования и строгания.

По направлению движения различают подачи: продольную Sпр, поперечную Sп, вертикальную Sв, наклонную Sн, круговую Sкр, тангенциальную Sт и др.

Глубиной  резания  t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно последней. Глубину  резания  относят к одному рабочему ходу инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина  резания  имеет размерность мм. При  точении  цилиндрической поверхности глубина  резания  определяется по формуле:

где d –диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм.

Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи. При подрезании торца глубиной резания является величина срезаемого слоя измеренная перпендикулярно к обработанному торцу. При прорезании и отрезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

 

Глубина резания и  подача являются технологическими величинами, которыми оперируют в производственных условиях (при нормировании). Для  теоретических исследований имеют  значение геометрические величины срезаемого слоя: ширина, толщина и площадь срезаемого слоя

 

8. Качество поверхности деталей машины.

Под воздействием различных  технологических методов обработки  образуется поверхностный слой, состояние  которого определяет качество поверхности. 
Качество поверхностного слоя деталей определяется совокупностью характеристик шероховатости, волнистости, физико-механических свойств, микроструктуры металла и остаточных напряжений.

Шероховатость поверхности и критерии ее оценки 
Шероховатостью поверхности (микрогеометрией) называют совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой длине, образующих ее рельеф.

Причины образования шероховатости

Шероховатость после  механической обработки - это след режущего инструмента (металлического или абразивного), искаженный пластической и упругой деформацией, а также вибрацией системы СПИД (рис. 1). 
 
Рис. 1. Схема образования неровностей на поверхности, обработанной лезвийным инструментом 
а - образование закономерного (регулярного) поперечного профиля поверхности; 
б - искажение профиля пластической деформацией при отделении стружки; 
1,2 - соответственно закономерный и искаженный профили поверхности; 3 - резец; S - шаг неровностей – подача.

Шероховатость после  немеханических методов обработки - есть результат неодинакового съема  металла с поверхности (электрохимическая, электроэрозионная и др. обработка), а также копирования неровностей (микроотклонений) поверхности штампов, вальцев, литейных форм при получении заготовок и т.п.

Различают шероховатость: продольную, измеряемую в направлении  вектора скорости резания и поперечную, измеряемую в направлении подачи. 
В большинстве случаев шероховатость поперечная больше продольной.

Критерии  оценки шероховатости

Учитывая большое влияние  качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин, шероховатость несущих поверхностей строго регламентируют.

Шероховатость поверхности  принято определять по ее профилю, который  представляет собой линию пересечения  поверхности плоскостью, перпендикулярной к направлению неровностей на базовой длине.

В нашей стране за основу принята система отсчета, согласно которой отсчет высоты неровностей производится от средней линии профиля. 
Средняя линия профиля (линия на профилограмме, показанной на рис. 2) - это линия, делящая реальный профиль так, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояний точек профиля до этой линии минимальная, т.е. . 
 
Рис. 2. Профилограмма поверхности 
Основные характеристики шероховатости регламентируются ГОСТом 25142 - 82 и ГОСТом 2789 - 73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики», который для количественной оценки и нормирования шероховатости устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmax), два шаговых (Sm, S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp).

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l, т.е. среднее арифметическое из абсолютных значений расстояний точек измеренного профиля до его средней линии 
 
или приближенно

 
где      уi - отклонение (ордината) профиля, определяющее расстояние между точкой реального профиля и средней линией профиля; 
n - число выбранных точек на профиле (число измеренных ординат); 
l - базовая длина; 
Высота неровностей профиля Rz есть сумма средних арифметических абсолютных значений пяти наибольших минимумов Himin и пяти наибольших максимумов Himax профиля в пределах базовой длины. 
/ 
Rz можно определить по формуле 
 
где himaх и himin - расстояния соответственно до пяти высших точек выступов и пяти низших точек впадин, измеренные от линии, параллельной средней линии профиля.

 

9. Методы обработки плоских поверхностей.

Обработку плоских поверхностей можно производить различными методами на различных станках – строгальных, долбежных, фрезерных, протяжных, токарных, расточных, многоцелевых, шабровочных( лезвийным инструментом ); шлифовальных, полировальных, доводочных( абразивным инструментом ).

1.Обработка плоских  поверхностей лезвийным инструментом.

Строгание находит большое применение в мелкосерийном и единичном производстве благодаря тому, что для работы на строгальных станках не требуется сложных приспособлений и инструментов.

Этот метод обработки является весьма гибким при переходе на другие условия работы. Однако он малопроизводителен: обработка выполняется однолезвийным инструментом( строгальными резцами ) на умеренных режимах резания, а наличие вспомогательных ходов увеличивает время обработки. Кроме того, для работы на этих станках требуются рабочие высокой квалификации.

Строгание производится на поперечно-строгальных( при обработке  поверхностей небольших размеров ) и строгально-фрезерных станках( для обработке плоскостей относительно больших размеров ).

Фрезерование в настоящее время является наиболее распространённым методом обработки плоскостей. В массовом производстве фрезерование вытеснило применявшиеся ранее строгание.

Фрезерование осуществляется на фрезерных станках, которые делятся на горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, универсально-фрезерные, продольно-фрезерные, барабанно-фрезерные, карусельно-фрезерные и многоцелевые. Более производительными являются станки с ЧПУ.

Существуют следующие  виды фрезерования: цилиндрическое, торцовое, двустороннее и трёхстороннее.

Широкое применение в  настоящее время находит фрезерование торцовыми фрезами, а при достаточно больших диаметрах фрез ( свыше 90 мм ) – фрезерными головками (торцовыми  фрезами со вставными ножами). Это  объясняется следующими преимуществами фрезерования этими фрезами перед фрезерованием цилиндрическими фрезами:

- применение фрез больших  диаметров, что повышает производительность  обработки;

- одновременным участием  в обработке большого числа  зубьев, что обеспечивает более производительную и плавную работу;

- отсутствием длинных  оправок, что даёт большую жёсткость  крепления инструмента и, следовательно,  возможность работать с большими  подачами( глубинами резания);

- одновременной обработкой  заготовок с разных сторон.

Рисунок 1 - Схема фрезерования торцевой фрезой.

Одним из наиболее производительных способов фрезерования является обработка  плоскостей на карусельно-фрезерных, барабанно-фрезерных станках, что возможно по непрерывному циклу. Как способ сокращения основного времени применяют скоростное и силовое фрезерование. Скоростное фрезерование характеризуется повышением скоростей резания при обработке стали до 350 м/мин, чугуна – до 450 м/мин, цветных металлов - до 2000 м/мин при небольших подачах на зуб фрезы: 0,05-0,12 мм/зуб – при обработке сталей, 0,3-0,8 мм/зуб – при обработке чугуна и цветных сплавов. Силовое фрезерование характеризуется большими подачами на зуб фрезы.

Как скоростное, так и  силовое фрезерование выполняется  фрезами, оснащёнными твёрдосплавными  и керамическими пластинами.

Тонкое фрезерование характеризуется малыми глубинами  резания (t 0.1 мм), малыми подачами (Sz = 0.05…0.10 мм) и большими скоростями резания.

Протягивание. Для наружного протягивания применяют преимущественно вертикально-, а также горизонтально-протяжные станки. Протягивание наружных плоскостей благодаря высокой производительности и низкой себестоимости находит всё большее применение в крупносерийном и массовом производстве. Этот метод обработки экономически выгоден, несмотря на высокую стоимость оборудования и инструмента. В настоящее время фрезерование часто заменяют наружным протягиванием.

В массовом производстве для наружного протягивания применяют высокопроизводительные многопозиционные протяжные станки, а также станки непрерывного действия.

Шабрение выполняют с помощью режущего инструмента – шабера – вручную или механическим способом. Шабрение вручную – малопроизводительный процесс, требует большой затраты времени и высокой квалификации рабочего, но обеспечивает высокую точность. Механический способ выполняют на специальных станках, на которых шабер совершает возвратно-поступательное движение. Точность шабрения определяют по числу пятен на площади 25x25 мм (при проверке контрольной плитой ). Чем больше пятен, тем точнее обработка.

Сущность шабрения состоит  в соскабливании шаберами слоёв  металла (толщиной около 0,005 мм) для  получения ровной поверхности после  её чистовой предварительной обработки. Шабрение называют тонким, если число пятен более 22 и Ra 0,08 мкм, и чистовыми, если число пятен 6-10, а Ra 1.25 мкм.

2.Обработка плоских  поверхностей абразивным инструментом.

Шлифование плоских поверхностей осуществляют на плоско-шлифовальных станках с крестовым или круглым столом как обычного исполнения, так и с ЧПУ. Плоское шлифование является одним из основных методов обработки плоскостей деталей машин для достижения требуемого качества. В ряде случаев плоское шлифование может заменить фрезерование. Наряду с обеспечением требуемого высокого уровня шероховатости, этот метод обладает серьезными недостатками. Во-первых, вследствие высоких температур резания, в поверхностном слое возникают неблагоприятные остаточные напряжения, возможно возникновение прижогов поверхности. Во-вторых, в результате выделения большого количества абразивной пыли, он является экологически небезопасным. Следует отметить, что при шлифовании металлов, склонных к фазовым превращениям, повышение нагрева шлифуемого изделия может привести к структурным изменениям, обусловливающим появление остаточных напряжений различного знака и в большинстве случаев снижающим эксплуатационные свойства металла поверхностного слоя.

Шлифование плоских  поверхностей может быть осуществлено двумя способами: периферией и торцом круга.

Шлифование периферией круга может осуществляться тремя  способами: многократными рабочими ходами; установленным на размер кругом; ступенчатым кругом.

При первом способе поперечное движение подачи круга производится после каждого продольного хода стола, а вертикальное – после рабочего хода по всей поверхности длины деталей.

При втором способе шлифующий  круг устанавливается на глубину, равную припуску, и при малой скорости перемещения стола обрабатывают заготовку по всей длине. После каждого рабочего хода шлифовальный круг перемещается в поперечном направлении от 0,7-0,8 высоты круга. Для чистового рабочего хода оставляют припуск 0,01-0,02 мм и снимают его первым способом. Этот способ применяют при обработке на мощных шлифовальных станках.

При шлифовании третьим  способом круг профилируют ступеньками. Припуск, распределённый между отдельными ступеньками, снимается за один рабочий  ход.

Шлифование обычно производится с применением СОЖ.

Полирование поверхностей – метод отделочной обработки. В качестве абразивных инструментов применяют эластичные шлифовальные круги, шлифовальные шкурки.

Доводка плоскостей осуществляется на плоскодоводочных станках. Тонкую доводку плоских поверхностей производят притирами при давлении 20-150 кПа, причём чем меньше давление, тем выше качество обработанной поверхности. Скорости при тонкой доводке небольшие (2-10 м/мин). С повышением давления и скорости производительность повышается.