Сущность токарной обработки металлов
Токарная обработка является наиболее распространенным методом обработки резанием и применяется при изготовлении деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.).
В машиностроении большинство деталей получают окончательные формы и размеры в результате механической обработки заготовки резанием, которое осуществляется путем последовательного удаления режущим инструментом (например, резцом) тонких слоев материала (в виде стружки) с поверхностей заготовки.
Основным элементом режущего инструмента, отделяющего стружку от заготовки, является заостренный клин.
Процесс резания на токарных станках осуществляется при вращательном главном движении, сообщаемом обрабатываемой заготовке, и при прямолинейном (поступательном) движении подачи, сообщаемом резцу. Различают также вспомогательные движения, которые обеспечивают транспортирование и закрепление заготовки на станке, включение станка, изменение частоты вращения заготовки и др.
|
|
Обрабатываемость материалов характеризуется сопротивлением резанию и качеством обрабатываемой поверхности. Обрабатываемость металла зависит от его химического состава, структуры, механических и физических свойств. При черновой обработке основным критерием обрабатываемости является стойкость инструмента при соответствующей скорости и силе резания, а при чистовой обработке основными критериями обрабатываемости являются шероховатость поверхности, точность обработки и стойкость инструмента.
Методы определения обрабатываемости металлов основаны на определении изменения стойкости режущего инструмента.
Наиболее часто применяют так называемый «классический метод», при котором режущий инструмент испытывают на разных скоростях резания, доводят до определенного затупления и получают соответствующий период Т стойкое) и резца (в мин). При этом глубина резания и подача могут изменяться. Классический метод дает достаточно точные результаты, но требует значительных затрат времени и металла. Более экономичными являются ускоренные методы: точение по торцу, тепловой, радиационный и другие, однако их недостатком является меньшая точность. Токарной обработке подвергают чугуны, стали, цветные металлы и сплавы, пластмассы.
Чугуном называется сплав железа, углерода, кремния, марганца и других веществ, причем содержание углерода составляет 2,14 4,5%. Различают серый, высокопрочный и ковкий чугун.
Серый чугун маркируют буквами СЧ, обозначающими его название, и двумя цифрами, обозначающими предел прочности при растяжении. Например, СЧ 18 — серый чугун, предел прочности при растяжении 180 МПа.
|
|
По механическим свойствам серые чугуны делят на чугуны малой (СЧ 00—СЧ 18) и повышенной (СЧ 20—СЧ 45) прочности. Для изготовления деталей машин чаще применяют чугун марок СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 и реже — чугун марок СЧ 35, СЧ 40. Твердость серого чугуна НВ 163—269.
Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун магния (0,3—1%) или его сплава с никелем, медью, алюминием или кремнием. Высокопрочный чугун маркируют буквами 'ВЧ, обозначающими его название, и двумя группами цифр, из которых первая обозначает предел прочности при растяжении, а вторая — относительное удлинение. Например, ВЧ 45-5 — высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении 450 МПа, относительное удлинение 5%. Твердость высокопрочного чугуна НВ 156-269.
Ковкий чугун отличается высокой вязкостью и маркируется буквами КЧ, обозначающими его название, и двумя группами цифр, из которых первая обозначает предел прочности при растяжении, а вторая относительное удлинение. Например, КЧ 50-4 - ковкий чугун, предел прочности при растяжении 500 МПа, относительное удлинение 4%.
Большое влияние на обрабатываемость резанием литых заготовок из серого чугуна оказывает поверхностный слой металла — литейная корка, толщина которой 0,15—0,5 мм, а твердость НВ 285—321. По мере удаления от поверхности твердость чугуна снижается до НВ 187—229. Скорость резания в зоне литейной корки на 20—30% меньше по сравнению со скоростью резания внутренних слоев металла. 'Высокотемпературный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость резания в 1,5- 2 раза.
Сталью называется сплав железа с углеродом. Большое влияние на обрабатываемость сталей оказывает их химический состав. С увеличением содержания углерода повышается механическая прочность стали и, как следствие, возрастает ее сопротивление резанию. При обработке сталей с малым содержанием углерода (0,1—0,25%) получают большую шероховатость поверхности.
Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и числами от 0 до 6 (например, сталь СтЗ). Чем больше число в обозначении марки стали, тем выше содержание углерода. Качественные углеродистые стали обозначают числами 08; 10; 15; 20; 25 и т. д., которые показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Например, содержание углерода в стали 15 около 0,15%. Предел прочности (временное сопротивление разрыву) для углеродистых сталей σв = = 300/700 МПа, он возрастает с увеличением содержания. углерода; твердость не превышает HB230.
Автоматные конструкционные стали обозначаются А12, А20, АЗО и А40г. Предел прочности этих сталей σв = 600/800 МПа (для холоднотянутой стали) и σв = = 400/700 МПа (для горячекатаной стали); твердость НВ 160—207. Автоматные стали отличаются повышенным содержанием серы, поэтому они обрабатываются лучше, чем углеродистые стали как обыкновенного качества, так и качественные.
Легированные стали обозначают цифрами и буквами (например, 20Х, 40ХН, ЗОХГН, 20ХНЗА и т. д.). Цифры показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента, буквы — наличие легирующего элемента, цифры после букв — содержание легирующего элемента в %, буква А в конце обозначает, что сталь высококачественная. Предел прочности легированных сталей σв = 700/1300 МПа (в зависимости от марки). Повышение содержания некоторых легирующих элементов, таких, как хром (Сr), молибден (Мо), ванадий (V), вольфрам (W), никель (Ni), увеличивает прочность и ухудшает теплопроводность сталей, что приводит к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (Si) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования силикатных абразивных включений. Стали с крупнозернистой структурой обрабатываются режущим инструментом лучше, чем стали с мелкозернистой структурой.
|
|
В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заготовки подвергают предварительной термической обработке. Твердость после отжига НВ 180—270, а после термической обработки HRC 42—55.
К сплавам цветных металлов, наиболее часто обрабатываемым на токарных станках, относятся бронза, латунь и дюралюминий.
Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами. Бронзы обозначают буквами Бр, затем — начальными буквами основных элементов, вошедших в сплав, и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Например, сплав БрОЦСЗ-12-5 содержит в среднем 3% олова, 12% цинка, 5% свинца и остальное — медь. Для лучшей обрабатываемости и улучшения антифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец.
Латунь — сплав меди с цинком. Латунь обозначают буквой Л и двузначным числом, показывающим среднее содержание меди в процентах. Например, латунь Л62 содержит 62% меди и 38% цинка. Для лучшей обрабатываемости в латунь вводят 1—2% свинца (автоматная латунь), а для повышения прочности — алюминий, никель и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц 59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа, 1% марганца и 39% цинка.
Дюралюминий— сплав алюминия с медью (4—5%), магнием (0,5%), марганцем, кремнием и железом. Дюралюминий бывает следующих марок: Д.1, Д6, Д16 и т. д. Обозначение дюралюминия не связано с его химическим составом.
Большинство пластмасс (текстолит, волокнит, аминопласт, полистирол и др.) обладает низкой теплостойкостью и теплопроводностью, которые в 200—300 раз меньше аналогичных параметров стали и чугуна. "В состав пластмасс входят соединения, обладающие абразивными свойствами, что вызывает интенсивный износ резцов по задней поверхности и затупление режущих кромок.
При обработке пластмасс применяют резцы, аналогичные по форме и геометрическим размерам резцам для обработки металлов. Хорошо противостоят абразивному воздействию пластмасс резцы, оснащенные пластинами из твердых сплавов.