Обработка металлов резанием

 

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:

1. Общие сведения и физические основы об обработке металлов 
   резанием (ОМР).

2. 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 металла  условий резания и от геометрии  резца. Различают стружку трех видов (рис. 2):

1. Сливная - сплошная лента или спираль образуется при точении вязких металлов с 
   малыми подачами и с большими скоростями резания.
2. Скалывания - вид ленты зазубренной с внутренней стороны. Получается при 
   обрабатывании менее вязких металлов с малыми скоростями при больших подачах.
3. 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 инструмента. Кроме того, пластинка в этом случае хорошо противостоит удару и отводит тепло. При скоростях резания в 2000 - 3000 м\мин передний угол резца берут 0-5 градусов. Скоростным резанием можно производить черновую и чистовую обработку; можно обрабатывать закаленные стали, так как высокая температура при резании ведет к понижению твердости обрабатываемой поверхности.

 

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:

1. общего значения: центровые, винторезные, винторезные универсальные, винторезные 
   прецизионные (для особо точных работ), лобовые, револьверные, карусельные и другие:
2. высокой производительности: многорезцовые, полуавтоматы, автоматы и др.;
3. 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:

1. высота центров, мм;
2. расстояние между центрами, мм;
3. число оборотов шпинделя, мин;
4. подача, об/мин;
5. 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.