Тема 5. Основы технологии механической обработки

Формирование поверхностей деталей со снятием и без снятия стружки. Классификация методов формообразования поверхности деталей. Механическая обработка деталей резанием. Кинематические и геометрические параметры процесса резания. Физико-химические основы резания. Обработка поверхностей лезвийным, абразивным инструментом. Основы электрофизических и электрохимических способов обработки. Средства технологического оснащения при разных методах обработки. Вопросы автоматизации процессов получения заготовок, изготовления деталей и сборки изделия. Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ. Термическая обработка в технологическом процессе изготовления изделий. Износостойкие, антикоррозионные и декоративные покрытия

Все многообразия технологических методов обработки заготовок удалением излишков металла и получение деталей представлена на схеме.

Наиболее широко представлены методы механической обработки, а среди них методы обработки металла резанием.

8.1. Обработка резанием

Обработка резанием - это технологический процесс обработки металлов снятием стружки для придания изделию заданной формы, размеров и шероховатости поверхности.

Обработка резанием включает в себя: точение, строгание, сверление, протягивание, фрезерование, шлифование и отделочную обработку.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительное движение. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих эти относительные движения.

Движения рабочих органов станка подразделяют на движение резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обес­печивают срезание слоя металла с заготовки называют движением ре­зания. К ним относят главное движение и движение подачи.

Главное движение - это движение, позволяющее осуществить процесс резания и определяющее скорость резания, обозначают бук­вой "V".

Движение подачи - это движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в заготовку, обозначают буквой "S".

Движение, обеспечивающее взаимное, положение инструмента и заготовки перед срезанием с неё слоя материала, называют установочным.

Вспомогательные движения - это перемещения инструмента и заготовки при подготовке к процессу резания и после окончание его.

К элементам процесса резания относят скорость резания, подача, глубина резания.

Скорость резания - это скорость перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента. Если главное движение является вращательным (точение), то скорость резания вычисляют по формуле:

где Д— диаметр заготовки или инструмента, мм; n- частота вращения шпинделя, об/мин.

Подачей называют путь инструмента относительно заготовки при поступательном движении подач, измеряют в мм/об или мм/мин.

Глубина резания - это толщина слоя заготовки снимаемого за один рабочий ход, измеряют в мм. При точении цилиндрической заготовки глубину резания вычисляют по формуле:

где Д— диаметр обрабатываемой поверхности (заготовки); d - диаметр обработанной поверхности. Резание металлов - это сложный процесс взаимодействие режущего инструмента и заготовки. При движение инструмента упругие деформации переходят в пластические, которые при продолжение взаимодействия приводят к сдвиговым деформациям. Происходит процесс движения частей металла друг относительно друга вплоть до скалывания и образование стружки, когда напряжение превышает предел прочности металла (рис. 81).

Рис. 81. Схема процесса образования стружки

Срезанный слой металла дополнительно деформируется вслед­ствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. В зави­симости от свойств металла, режима резания и геометрии инструмен­та образуются 3 вида стружки (рис. 82):

- сливная стружка - представляет собой сплошную гладкую ме­таллическую ленту. Образуется при резании пластичных металлов и сплавов с малой подачей и большой скоростью резания.

- стружка скалывания - металлическая лента с одной гладкой стороной (прирезцовой) и другой стороной с зазубриными. Образуется при резании металлов средней твердостью с большой подачей и малой скоростью резания.

- стружка надлома состоит из отдельных частей разной формы, не связанных между собой. Образуется при обработке хрупких материалов.

Рис. 82. Виды стружек а - сливная;

б - скалывания; в - надлома

Токарная обработка

Токарная обработка характеризуется наличием движений: вращательное движение заготовки (главное движение, скорость резания) и поступательное движение режущего инструмента - резца (движение подачи).

Разновидностями точения является:

- обтачивание - обработка наружных поверхностей;

- растачивание - обработка внутренних поверхностей;

- подрезание - обработка плоских (торцовых) поверхностей;

- разрезание - резка заготовки на части;

Основным инструментом токарной обработки является резец. Резец состоит из головки - рабочая часть, и тело - стержень, который служит для закрепления резца в резцедержателе. Все многообразие резцов классифицируют по различным признакам (рис. 83).

Рис. 83. Токарные резцы

По технологическому назначению различают резцы:

- проходные для обтачивания наружных цилиндрических и ко­нических поверхностей (1-3);

- подрезные для обтачивания плоских торцевых поверхностей (4);

- расточные для растачивания сквозных и глухих отверстий (5-6);

- отрезные для разрезания заготовок (7);

- резьбовые для нарезания резьб (8);

- фасонные для обтачивания фасонных (криволинейных) по­верхностей (10-11).

По характеру обработки различают резцы черновые, получисто­вые и чистовые (9). По направлению подачи резцы подразделяют на правые, работающие с подачей справа налево; левые - слева направо.

По способу изготовления резцы делят: на целые, с приваренной или припаянной рабочей частью; и со сменными многогранными не-перетачиваемыми твердосплавными пластинами. Форма пластин самая разнообразная (рис. 83, г-д).

Строгание

Строгание характеризуется наличием двух движений: поступательным резца или заготовки (скорость резания) и прерывистым поступательным подачи, направленного перпендикулярно вектору главного движения.

Процесс резания при строгании прерывистый и снятие стружки происходит только при рабочем (прямом) ходе инструмента, во время обратного (холостого) хода резец работу резания не производит.

Инструмент для строгания - резец. Резец, врезаясь в материал заготовки при каждом рабочем ходе, испытывает ударны; нагрузки. Поэтому строгание осуществляют на средних скоростях, а инстру­мент делают более массивным, по сравнению с резцами применяемых при обработке точением. Наличие холостого хода при строгании уве­личивает время обработки и снижает производительность.

Строгание проводят на поперечно-строгальных и продольно-строгальных станках (рис. 84).

Рис. 84. Схемы обработки плоской поверхности на поперечно-строгальном (а), продольно-строгальном (б) и долбежном (в) станках

На поперечно-строгальных станках резец совершает возвратно-поступательное главное движение V, а заготовка движение поперечной подачи в горизонтальной плоскости S. При этой схеме обработки возможно строгание горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскостей, а также получение рифленой поверхности.

На продольно-строгальных станках заготовка совершает возвратно-поступательное главное движение V, а режущий инструмент -движение подачи S. Поскольку двигается заготовка возможно использование несколько резцов одновременно:

- строгание горизонтальной и вертикальной плоскостей заготовки;

- строгание паза "ласточкин хвост" и призматического паза;

- строгание фасонных поверхностей по копиру.

Разновидностью строгания является долбление, которое проводят на долбёжных станках. Заготовку обрабатывают при возвратно-поступательном движении режущего инструмента, совершаемом в вертикальной плоскости, и движении подачи заготовки в горизонтальной плоскости.

На долбёжных станках обрабатывают вертикальные плоскости, вертикальные криволинейные поверхности и шпоночные пазы. На зу-бодолбёжных станках возможно изготовление зубчатых цилиндриче

ских колес внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями методом обкатки (рис. 85).

Рис. 85. Схема формоооразования зубьев 1 - долбяк; 2 - нарезаемое колесо

3. Сверление

Сверление - метод механической обработки для получения сквозных и несквозных (глухих) отверстий или обработка предварительно полученных отверстий для предания им требуемого размера, точности и шероховатости поверхности.

Сверление характеризуется сочетанием двух движений, которые сообщают инструменту: первое - вращательное движение вокруг оси инструмента (главное движение) и второе - поступательное движение вдоль оси (движение подачи) (рис. 86).

Рис. 86. Схемы сверления (а) и рассверливания (б)

Режущим инструментом для обработки отверстий является сверла, зенкеры, развертки и метчики (рис. 87).

		Fuc. Ь/. Инструменты для обработки отверстии на сверлильных станках а - сверло; б-в - зенкеры; г-е - развертки; ж - метчик

Наиболее распространённым инструментом для сверления и рассверливание отверстий является спиральное сверло, которое имеет 2 главных режущих лезвия и состоит из 4 частей:

1 часть - рабочая (6), которая объединяет режущую (7) и на­правляющую (5) (калибрующую) части;

2 часть - шейка, соединяющая рабочую (б) и часть сверла с хво­стовиком (4);

3 часть - хвостовик, служащий для установки сверла в шпинде­ле станка;

4 часть - лапка (3), которая является упором для выбивания сверла из станка.

Рассверливание - операция увеличения диаметра ранее просвер­ленного отверстия сверлом большого диаметра. Обычно применяется для получения отверстий диаметром более 30 мм.

Зенкер - инструмент для придания предварительно полученным отверстиям более правильной формы. Зенкеры в отличие от сверл снабжены 3-4 главными режущими лезвиями.

По виду обрабатываемых отверстий зенкеры делятся на:

- цилиндрические, для обработки цилиндрических поверхно­стей, операцию называют зенкерование;

- конические, для получения углублений под головки винтов, болтов, заклёпок и других деталей, операцию называют зенкование;

- торцевые, для достижения перпендикулярности торцевой по­верхности отверстия к его оси, операцию называют цекование;

Возможно изготовление комбинированных зенкеров для обра­ботки двух поверхностей цилиндрической и конической - совмеще­ние двух операций: зенкерование и зенкование.

Развертка - инструмент для окончательной обработки отвер­стий. Развертка имеет 6-12 главных режущих лезвий, обеспечиваю­щих необходимую точность и шероховатость поверхности, использу­ют обычно после зенкерования. По форме обрабатываемого отверстия развертки различают:

- цилиндрические, для обработки цилиндрических отверстий;

- конические, для обработки конических отверстий; Возможно изготовление сборных разверток с механическим

креплением режущих пластин.

Метчик - инструмент для нарезания внутренних резьб.

4. Протягивание

Протягивание характеризуется главным движением - поступа­тельным движением инструмента относительно неподвижной заго­товки.

Принцип протягивания заключается в том, что размер каждого последующего зуба инструмента больше предыдущего. Поскольку каждый зуб срезает с обрабатываемой поверхности заготовки не­большое количество металла, то есть стружку небольшой толщины, поэтому получаемая поверхность имеет малую шероховатость. Не­смотря на сравнительно низкую скорость резания, протягивание явля­ется высокопроизводительным методом за счет большой суммарной длины инструмента.

Инструмент для протягивания называется протяжка. Протяжка состоит из следующих частей (рис. 88):

- замковая часть (хвостовик), служит для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства l₁;

- шейка, для соединения замковой и передней направляющей частей l₂,

- передняя направляющая часть, для центрирования заготовки перед процессом резания l₃;

- режущая часть, для срезания припуска, состоит из режущих зубьев, высота которых последовательно увеличивается на толщину срезаемого слоя l₄;

- калибрующая часть, для предания обработанной поверхности окончательных размеров, точности и шероховатости l₅,

- задняя направляющая часть, для поддержания протяжки от провисания l₆.

5. Фрезерование

Фрезерование характеризуется главным вращательным движе­нием инструмента и поступательным движением подачи заготовки.

Особенностью процесса фрезерования является прерывистость резания каждым зубом инструмента. Зуб находится в контакте с заго­товкой и выполняет работу резания только на небольшой части обо­рота инструмента, а затем продолжает движение, не касаясь заготов­ки, до следующего врезания. Врезание зуба в заготовку сопровожда­ется ударным воздействием, что приводит к неравномерности процес­са резания, вибрации, повышенному износу инструмента и не дает возможности получать высокую точность и низкую шероховатость обрабатываемой поверхности.

В зависимости от направлений движений инструмента и заго­товки возможно два способа фрезерования (рис. 89):

1. Встречное, когда направления движений инструмента и заго­товки не совпадают, при этом нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума.

2. Попутное, когда направления движений инструмента и заго­товки совпадают, при этом нагрузка на зуб при врезании максимальна.

Инструмент для фрезерования - фреза. В зависимости от назна­чения и вида обрабатываемой поверхности различают следующие ти­пы фрез (рис. 90):

-

цилиндрические, для обработки горизонтальных плоскостей (а);

- торцевые, для обработки прямолинейных поверхностей: гори­зонтальных, вертикальных и наклонных при вращающемся шпинделе станка (б);

- дисковые, для обработки пазов: прямоугольных, Т-образных и шпоночных под сегментные шпонки (в);

- концевые, имеющие режущие лезвия на боковой и торцевой поверхностях, используют для обработки вертикальных и наклонных плоскостей, изготовления уступов и шпонок (г);

- угловые, для получение наклонных плоскостей и фасонных па­зов (д);

- шпоночные, для изготовления шпоночных пазов (е);

- фасонные, для обработки криволинейных поверхностей (ж). Возможно изготовления фрез со сменными многогранными не-

перетачиваемыми твердосплавными пластинами (з).

На зубофрезерных станках по методу обкатки нарезают цилинд­рические колеса внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями, червячные колеса.

6. Шлифование

Шлифование характеризуется вращательным движением инст­румента и поступательным и вращательным движением заготовки.

Шлифование - это процесс обработки резанием при помощи аб­разивного инструмента. Абразивный инструмент состоит из зерен природных или искусственных материалов.

Природные материалы - наждак, кварцевый песок, кремень, ко­рунд, алмаз.

Искусственные материалы: электрокорунд, синтетические алма­зы, карбид бора (ВС), карбид кремния (SiC).

Абразивные зерна расположены в инструменте беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении инструмента (абразивного круга) при очень больших скоростях (более 30 м/с) в зоне контакта абразива с заготовкой срезается очень боль­шое число тонких стружек. Процесс резания каждым зерном осуще­ствляется почти мгновенно с выделением большого количества теп­лоты, мелкие частицы обрабатываемого материала сгорают, образуя пучок искр. Обрабатываемая поверхность представляет совокупность микроследов от абразивных зерен и имеет малую шероховатость.

Существуют следующие способы шлифования (рис. 91):

- плоское шлифование, которое характеризуется возвратно-поступательным движением заготовки (а);

- круглое шлифование, которое характеризуется совместным воз­вратно-поступательным и вращательным движением заготовки (б-в).

Таким способом возможна обработка как внутренних, так и на­ружных цилиндрических поверхностей. Разновидностью круглого шлифования является бесцентровое шлифование наружной цилинд­рической поверхности.

7. Отделочная обработка

Интенсификация производства ведет к увеличению нагрузок на детали, повышению скорости движения их друг относительно друга, что предъявляет повышенные требования к состоянию и качеству по­верхности деталей. Для повышения точности деталей и уменьшения шероховатости их поверхности проводят отделочную обработку.

Отделочная обработка характеризуется малой силой резания, небольшой толщиной срезаемых слоев и незначительным тепловыде­лением.

Отделочная обработка объединяет следующие методы:

- абразивно-жидкостная отделка;

- полировка;

- притирка (доводка);

- хонингование;

- суперфиниширование;

- шевингование.

7.1.Абразивно-жидкостная отделка

Шлифование объёмно-криволинейных и фасонных поверхно­стей затруднено, единственный метод, дающий возможность получе­ния требуемой величины шероховатости, является абразивно-жидкостная отделка.

Сущность метода состоит в том, что на обрабатываемою по­верхность подают под давлением с большой скоростью струи анти­коррозионной жидкости со взвешенными частицами абразивного по­рошка. Частицы абразива ударяют о поверхность, сглаживают микро­неровности. В качестве абразива применяют электрокорунд, в суспен­зии его содержится 30-35 % (по массе).

7.2.Полировка

Полированием уменьшают шероховатость поверхности. Для этого используют полировальные пасты или абразивные зерна, сме­шанные со смазочным материалом. В качестве абразива применяют порошки из электрокорунда, наждака, окисей железа и хрома. По­рошки смешивают со смазочным материалом, который состоит из смеси воска, сала, парафина и керосина. Порошок со смазкой наносят на быстровращающиеся (до 50 м/с) эластичные круги или колеблю­щиеся щетки, которые изготавливают из войлока, фетра, кожи, спрес­сованной ткани и других материалов. Хорошие результаты дает поли­рование бесконечными лентами, плотно огибающими полируемую поверхность. Полировку проводят в автоматическом или полуавтома­тическом режиме.

8.1.7.3.Притирка

Притиркой (доводкой) достигается наивысшая точность и наи­меньшая шероховатость поверхности деталей. Процесс осуществляют с помощью инструмента называемого притиром, повторяющим кон­тур обрабатываемой детали. Материал притира должен быть мягче обрабатываемого материала (чугун, бронза, медь, дерево). На притир наносят притирочную пасту, состоящую из мелкого абразивного по­рошка (электрокорунд, карбид кремния и бора, оксиды хрома и желе­за) со связующей жидкостью (машинное масло, керосин, стеарин, ва­зелин). Абразив внедряется в поверхность притира и удерживается, снимая с обрабатываемой заготовки тонкую стружку. Притирку про­водят вручную или на специальных доводочных станках.

7.4. Хонингование

Хонингование применяют для создания специфического профи­ля в виде сетки на поверхности детали с высокой точностью и малой шероховатостью. Профиль служит для удерживания смазочного ма­териала на поверхности детали. Инструмент для хонингования назы­вается хоном, состоит из головки, в которой закреплены мелкозерни­стые абразивные бруски (рис. 92). При хонинговании заготовка не­подвижна, а головка с брусками вращается и одновременно совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси обрабатываемой дета­ли. Обработку проводят при обильном охлаждении зоны резания сма-зочно-охлаждающей жидкостью: керосином, смесью керосина (80-90%) и веретенного масла (20-10%), водно-мыльными эмульсиями.

Рис. 92. Схема хонингования отверстий

7.5. Суперфиниширование

Суперфинишированием уменьшают шероховатость поверхно­сти, оставшуюся от предыдущей обработки. Этой обработкой изме­няются глубина и вид микронеровностей, поверхность приобретает сетчатый рельеф. Поверхность обрабатывается абразивными бруска­ми, устанавливаемыми в специальной головке (рис. 93). В качестве абразива используют электрокорунд или карбид кремния. Бруски со­вершают колебательные движения (амплитудой 1,5-6 мм, частотой 400-1200 колебаний в минуту) с одновременным вращательным дви­жением заготовки. Процесс резания происходит в присутствии сма­зочного материала малой вязкости - смесь керосина (80-90%) с вере­тенным или турбинным маслом (20-10 %).

8.1.7.6. Шевингование

Шевингование - это процесс уменьшающий или полностью ли­квидирующий погрешности профиля и улучшающий качество по­верхности зубчатых колес. Обработка состоит в соскабливании с по­верхности зубьев незакаленных колес очень тонких волосообразных стружек. Отделку проводят специальным металлическим инструмен­том - шевером, представляющим собой режущее колесо с зубьями со специальными (режущими) канавками. Обработка идет при обильном охлаждении, которое обеспечивает удаление стружки, смазку и охла­ждение режущих лезвий. После шевингования зубчатые колеса ста­новятся более точными, что обеспечивает более качественную пере­дачу движений, облегчает сборку машин, значительно сокращает шум при их работе.