Методы обработки металлов резанием

Основные методы обработки металлов резанием.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимается при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 2.1).

Точеие — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 2.1, 1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка (рис. 2.1, 2).

Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 2.1, 3).

Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгальных станках (рис. 2.1, 4).

Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 2.1, 5).

Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Рис. 2.1. Основные методы обработки металлов резанием

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 2.1, 6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 2.1, 7).

Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 2.1, 8).

Абразивные материалы

Абразивная обработка осуществляется твердыми и термо­стойкими зернами, имеющими острые кромки. В абразивных инструментах (шлифовальных и заточных кругах, брусках и шкурках) зерна находятся в связанном состоянии. Применяется также обработка свободными зернами в виде порошков, суспен­зий и паст. К естественным абразивным материалам относятся наждак, корунд и природные алмазы. Однако их применяют сравнитель­но редко — первые в связи с неоднородностью и недостаточной стабильностью своих свойств, а алмазы — из-за дефицитности и высокой стоимости. Среди искусственных материалов наибольшее использова­ние нашел электрокорунд, получаемый электродуговой плавкой глинозема. Нормальный электрокорунд, который может быть трех видов и обозначается марками 13А, НА и 15А, содержит 91—96 % кристаллической окиси алюминия А1₂0₃. Инструменты из него обычно имеют светло-коричневый цвет. В электроко­рунде белом (23А—25А) всего 1—3 % примесей, благодаря чему выше режущие свойства. Его применяют для чистовой обработ­ки материалов с высокой прочностью на разрыв (сталь, ковкий чугун, мягкая бронза). Разновидность электрокорунда — монокорунд (43А—45А), получаемый в виде отдельных кристаллов или их осколков. Его используют для окончательного шлифования труднообрабаты­ваемых сталей и сплавов. Для повышения производительности обработки применяют электрокорунды, легированные хромом, титаном, цирконием. Карбид кремния SiC (карборунд) получают сплавлением в электропечах кремнезема, содержащегося в кварцевом песке, с углеродом (коксовым порошком). Он бывает двух видов: менее качественный черный (53С—55С) и зеленый (63С, 64С), для из­готовления которого используют более чистые исходные мате­риалы. J Карбид бора В₄С по твердости приближается к алмазу, но обладает еще большей хрупкостью, чем карбид кремния. Поэто­му его обычно применяют в свободном состоянии для доводки различных твердых материалов и сплавов. В качестве абразив­ных материалов в последнее время широко используют также эльбор и синтетические алмазы, описанные в 8.7. Чистота обработанной поверхности при абразивной обработ­ке в значительной степени зависит от размеров зерен, которые принято делить на четыре основные группы: шлифзерно, шлиф-порошки, микрошлифпорошки и тонкие микрошлифпорошки. Зернистость, характеризующая размеры зерен, обозначается для первых двух групп в сотых долях миллиметра и определяет­ся по размеру стороны квадратной ячейки сита в «просвете», через которые не проходят зерна при просеивании. Например, при зернистости 80 зерна задерживаются на сите с ячейками 0,8 х 0,8 мм Важная характеристика абразивных инструментов — твер­дость, под которой понимают способность связки удерживать абразивные зерна от выкрашивания под действием внешних сил. Чем мягче инструмент, тем легче из него выкрашиваются зерна, прежде всего затупившиеся.

Правка и гибка металла

Правкой называется операция по устранению дефектов загото­вок и деталей в виде вогнутости, выпуклости, волнистости, короб­ления, искривления и т. д. Ее сущность заключается в сжатии выпуклого слоя металла и расширении вогнутого Металл подвергается правке как в холодном, так и в нагретом состоянии. Выбор того или иного способа правки зависит от вели­чины прогиба, размеров и материала изделия. Правка может быть ручной — на стальной или чугунной пра­вильной плите или машинной — на правильных вальцах или прес­сах. Ручную правку производят специальными молотками с круглым, радиусным или вставным из мягкого металла бойком. Тонкий ли­стовой металл правят киянкой. При правке металла очень важно правильно выбрать места, по которым следует наносить удары. Силу удара необходимо соизме­рять с величиной кривизны металла и уменьшать по мере перехода от наибольшего прогиба к наименьшему. Для правки полосового металла полосу кла­дут на плиту и, поддерживая ее левой рукой, правой наносят удары молотком по выпуклым местам. По мере необходимости полосу по­ворачивают с одной стороны на другую Правку металла круглого сечения с диамет­ром до 12 мм можно производить также на плите или наковальне. Если пруток имеет несколько изгибов, то правят сначала край­ние, а затем расположенные в середине. По мере выправления из­гиба силу ударов уменьшают, заканчивая правку легкими ударами и поворачиванием прутка вокруг оси. Наиболее сложной является правка листового ме­талла. Лист кладут на плиту выпуклостью вверх. Поддержи­вая лист левой рукой, правой наносят удары молотком от края листа по направлению к выпуклости. Под действием ударов ровная часть листа будет вытягиваться, а выпуклая — выправляться.

Гибка металловпо приемам работы и характеру рабочего про­цесса близка к правке. Сущность ее заключается в том, что одна часть заготовки перегибается по отношению к другой на какой-либо заданный угол. Напряжения изгиба должны превышать пре­дел упругости, а деформация заготовки — быть пластической. Только в этом случае заготовка сохранит приданную ей форму после снятия нагрузки. Гибка металлов применяется для придания заготовке. изогну­той формы согласно чертежу. Ручную гибку производят в тисках с помощью слесарного мо­лотка и различных приспособлений. Последовательность выполне­ния гибки зависит от размеров контура и материала заготовки. Гибку тонкого листового металла произво­дят киянкой. При использовании для гибки металлов различных оправок их форма должна соответствовать форме профиля детали с учетом деформации металла. Выполняя гибку заготовки, важно правильно определить ее размеры. Расчет длины заготовки выполняют по чертежу с учетом радиусов всех изгибов. Для деталей, изгибаемых под прямым уг­лом без закруглений с внутренней стороны, припуск заготовки на изгиб должен составлять от 0,6 до 0,8 толщины металла. При гибке надо учитывать, что после снятия нагрузки угол загиба несколько увеличивается. Изготовление деталей с очень малыми радиусами изгиба свя­зано с опасностью разрыва наружного слоя заготовки в месте из­гиба Гибку труб производят с наполнителем (обычно сухой речной песок) или без него. Это зависит от материала трубы, ее диаметра и радиуса изгиба. Наполнитель предохраняет стенки трубы от образования в местах изгиба складок и морщин (гофров). Холодную гибку труб с наполнителем выполняют в следующем порядке. Один конец трубы плотно за­крывают деревянной пробкой. Через второй наполняют трубу су­хим песком. При этом слегка постукивают по трубе молотком чтобы песок уплотнился. После этого второй конец трубы также забивают пробкой. Намечают мелом место изгиба и устанавливают трубу в приспособление (рис. 68). Если труба сварная, то шов должен находиться сбоку изгиба. Берут трубу за длинный конец и осторожно сгибают на заданный угол. После проверки получен­ного угла шаблоном или по образцу вынимают трубу из приспо­собления, выбивают пробки и высыпают песок. Горячую гибку труб выполняют, как правило, с наполнителем. Труба также заполняется песком, но в пробках дела­ют небольшие отверстия для выхода газов, образующихся при на­гревании трубы. Нагревают место изгиба паяльной лампой или газовой горелкой до температуры 850—900 °С и сгибают в при­способлении до заданного угла. Длина нагреваемого участка при изгибе под углом 90° должна быть равной шести диаметрам трубы, при угле 60° — четырем, а при угле 45° — трем диаметрам трубы. Закончив гибку, трубу охлаждают водой, выбивают пробки и осво­бождают ее от песка.

25. Клепка металла (типы заклепок, виды швов)

Клепкойназывается процесс соединения нескольких деталей (обычно из листового материала) при помощи заклепок. Заклепочные соединения применяют при изготовлении различных металлических конструкций. Широкое распространение они имеют в самолетостроении, судостроении и других отраслях производств

Рис. 87. Основные типы заклепок:

а — заклепочное соединение (/ — стержень заклепки; 2 — замыкающая головка; S — закладная головка); б — заклепка с полукруглой головкой; в — заклепка с полупотай­ной головкой; г — заклепка с потайной головкой; д — заклепка с плоскоконической головкой; е — заклепка с плоской головкой; ж — заклепка с сердечником; э » заклеп­ка с сердечником повышенной прочности; и ■— взрывная заклепка.

Заклепка (рис. 87, а) состоит из стержня и закладной головки. Замыкающую головку образуют непосредственно при клепке. Го­ловки заклепок бывают полукруглые, потайные, полупотайные и плоские (рис. 87, б—е). Изготовляют заклепки из стали, цветных металлов и сплавов. Разделяют клепки на холодную, т. е. выполняемую без нагрева заклепок, и горячую — с нагревом стальных заклепок до 1000 — 1100 °С. В практике занятий в учебных мастерских используют обычно холодную клепку с применением заклепок диаметром не свыше 8 мм. Диаметр отверстия под заклепку делают несколько больше, чем диаметр самой заклепки. Длину заклепки выбирают такой, чтобы ее свободный конец (выходящий за край отверстия) состав­лял 1,25—1,5 диаметра стержня и можно было образовать полу­круглую головку. Для образования потайной головки эта вели­чина должна составлять 0,8—1,2 диаметра стержня. Место соединения деталей заклепками называют заклепочным швом. Заклепочные швы подразделяют на прочные (выдерживаю­щие большие нагрузки), плотные (герметичные) и прочноплотные (рассчитанные на одновременное действие больших механических нагрузок и высоких давлений). Швы могут быть однорядными (заклепки расположены в один ряд) и многорядными. Расстояние между центрами заклепок на­зывают шагом заклепочного шва.

Основные методы обработки металлов резанием.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимается при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 2.1).

Точеие — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 2.1, 1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка (рис. 2.1, 2).

Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 2.1, 3).

Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгальных станках (рис. 2.1, 4).

Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 2.1, 5).

Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Рис. 2.1. Основные методы обработки металлов резанием

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 2.1, 6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 2.1, 7).

Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 2.1, 8).

21.1. Общие сведения о процессе резания металлов

Обработкой конструкционных материалов резанием называется процесс отделения режущими инструментами слоя материала с заготов­ки для получения детали нужной формы, заданных размеров и шероховатости поверхностей.

В последнее время широко используют экономичные методы получения заготовок, что приводит к значительному уменьшению объема работ, связанных со снятием стружки (точное литье, точная штамповка, холодная высадка и др.). Но в настоящее время большинство деталей машин получает окончательную форму и размеры обработкой резанием на металлорежущих станках. Только эта обработка удовлетворяет возрастающие требования к точности размеров и тщательности отделки поверхностей.

Обработка резанием определяет качество изготовляемых машин, их точность, долговечность, а также надежность и стоимость. Несмотря на то, что методы получения заготовок и обработки их на металлорежущих станках беспрерывно совершенствуются, трудоемкость станочных работ в машиностроении составляет наибольшую часть, достигая 30—50 % общей трудоемкости изготовления машин.

Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств обрабатываемого материала, качества режущего инструмента, условий резания, состояния станка, жесткости технологической системы.

Процесс резания сопровождается упругими и пластическими деформациями, разрушением материала, трением, износом режущего инструмента, вибрациями отдельных деталей и узлов и технологической системы (станок-приспособление-инструмент-деталь) в целом. Знание закономерностей этих явлений позволяет выбирать оптимальные условия, обеспечивающие производительную и качественную обработку деталей.

21.2. Виды заготовок и припуск на обработку

На металлорежущих станках из заготовок получают окончательно готовые детали. В зависи­мости от материала, формы и размеров обрабатываемой на станке детали, а также характера производства основные типы металлических заготовок следующие: отливки из чугуна, стали и цветных сплавов; поковки и штамповки из стали и цветных сплавов; сортовой прокат из стали и цвет­ных сплавов, который поступает в виде прутков и разрезается на отдель­ные заготовки.

Припуском называется слой металла, удаляемый с заготовки при обработке. На рис. 21.1 показаны ступенчатый валик и его цилиндри­ческая заготовка (пунктиром) с припуском на обработку (заштрихован). От правильности выбора припусков зависят рациональный расход ме­талла и экономичность обработки.

Рис. 21.1. Эскиз детали с припусками на обработку.

21.3. Рабочие, установочные и вспомогательные движения в металлорежущих станках

Для обработки реза­нием (точения, сверления, фрезерования и др.) заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные движения. Они подразделя­ются на рабочие, или движения резания, установочные (настроечные) и вспомогательные. Рабочие движения предназначены для снятия струж­ки, а установочные и вспомогательные — для подготовки к этому про­цессу.

Установочные — движения рабочих органов станка, с помощью ко­торых инструмент по отношению к заготовке занимает положение, по­зволяющее снимать с нее определенный слой материала.

Вспомогательные — движения рабочих органов станка, не имеющие прямого отношения к резанию. Примерами служат: быстрые перемеще­ния рабочих органов, переключение скоростей резания и подач и др.

Рабочие движения подраз­деляются на главное движение и движение подачи. С помощью главного движения осуществляется снятие стружки, а движение подачи дает воз­можность начатое резание распространить на необработанные участки поверхности заготовки. Например, при сверлении вращение сверла является главным движением, позволяющим начать резание при сопри­косновении сверла с заготовкой, а перемещение сверла вдоль оси явля­ется движением подачи, дающим возможность распространить процесс на последующие объемы металла и, таким образом, просверлить необ­ходимое отверстие.

В металлорежущих станках главное движение чаще всего бывает вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные станки) или прямолинейным (возвратно-поступательным — строгальные и долбежные станки). Главное движение может сообщаться заготовке (станки токарной группы, продоль­но-строгальные станки) или режущему инструменту (фрезерные, сверлиль­ные, поперечно-строгальные станки).

В станках с главным вращательным движением подача непрерывна и резание также непрерывно. В станках с возвратно-поступательным дви­жением рабочий ход чередуется с холостым, движение подачи осуществля­ется перед началом каждого рабочего хода и, следовательно, резание прерывисто.

Основные методы обработки резанием

Точение (рис. 21.2, а). Главным движением со скоростью V в этом случае является вращение заготовки 2 вокруг оси, а движением подачи — поступательное перемещение инструмента 1 относительно заготовки (вдоль ее оси, перпендикулярно или под углом к ней).

Рис. 21.2. Схемы основных методов обработки резанием

Точением обрабаты­вают преимущественно поверхности вращения на токарных, карусель­ных, револьверных, расточных станках, токарных автоматах и полуав­томатах. Оно применяется для обработки цилиндрических, конических и фасонных внешних и внутренних поверхностей, торцовых поверхностей, а также для нарезания резьб.

Сверление (рис. 21.2, б). При обработке отверстий на сверлильных станках главным движением является вращение инструмента 1, а дви­жением подачи — перемещение инструмента вдоль своей оси. Так обра­батывают отверстия в сплошном материале 2 или увеличивают размеры имеющихся отверстий. Сверлить можно также на токарных, револьверных, расточных, фрезерных станках, токарных автоматах и др. При сверле­нии отверстий на станках токарной группы главным движением явля­ется вращение заготовки, а движением подачи— перемещение сверла вдоль оси. Чтобы получить более точные отверстия, после сверления их необходимо зенкеровать, растачивать или развертывать.

Фрезерование (рис. 21.2, в). При фрезеровании главным движением является вращение инструмента 1, а движением подачи — поступательное перемещение заготовки 2 или фрезы. Применяя различные фрезы и фрезерные станки, можно обрабатывать разные поверхности и их комбинации: плоскости, криволинейные поверхности, уступы, пазы и др.

Строгание (рис. 21.2, г). Главным движением при строгании явля­ется возвратно-поступательное перемещение резца 1 у поперечно-строгальных станков или заготовки 2 в продольно-строгальных. Движением подачи является периодическое перемещение заготовки или резца. Чаще всего строгание используют для обработки плоскостей.

Протягивание (рис. 21.2, д) осуществляют с помощью специальною инструмента — протяжки 1, имеющей на рабочей части зубья, высота которых равномерно увеличивается вдоль протяжки. Главным движение" является продольное перемещение инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание — производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной по­верхности заготовки 2.

Шлифование (рис. 21.2, е, ж). При шлифовании главным движением является вращение шлифовального круга 1. Движение подачи обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании — это вращение заготовки 2, продольном — перемещение ее относительно шлифовального круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

Шлифованием пользуются для окончательной обработки поверхнос­тей деталей. Чаще всего применяют следующие его методы: 1) круглое внешнее шлифование (рис. 21.2, е) для обработки внешних поверхностей вращения; б) круглое внутреннее шлифование — для обработки отверстий; в) плоское шлифование (рис. 21. 2, ж) — для обработки плоскостей.

Обработка дерева и металла

Существуют различные методы обработки металлов резанием.

В зависимости от назначения детали заготовками могут служить отливки, поковки, штамповки, сортовой прокат, сварные образцы, пластмассы и пр.

Заготовки, как правило, содержат припуск, который представляет собой лишний металл, подлежащий удалению.

Обработка заготовок производится на металлорежущих станках режущими инструментами при строго определенных движениях станка. Одно из этих движений является главным, остальные движения — движения подачи.

Главное движение происходит при затрате значительной мощности электродвигателя станка (до 98%) и характеризуется скоростью резания.

Скоростью резания называется величина перемещения режущей кромки относительно обрабатываемой поверхности в единицу времени. Скорость резания измеряется в метрах в минуту. Исключение составляет скорость резания шлифовальным кругом, выражаемая в метрах в секунду.

Скорость резания всегда является скоростью главного движения. Она вычисляется по наибольшему диаметру или принимается равной средней скорости в случае неравномерного движения. Подача представляет собой движение, необходимое для процесса снятия стружек.

Скорость резания обозначается буквой v, движение подачи — буквой s.

Точение. Точение или обточка производится резцом на станках токарной группы. Заготовка, закрепленная на станке, получает главное (вращательное) движение, а резец в направлении, параллельном оси детали, совершает продольную подачу.

Строгание. Строгание производится на поперечно-строгальных станках резцом; главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) осуществляет изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) совершает заготовка.

Главное движение — движение резца — осуществляется при Движении вперед (рабочий ход) со скоростью vp, при обратном Движении (холостой ход) — со скоростью vx.

Долбление. Долбление осуществляют на долбежных станках; главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает долбежный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, рерывистое) совершает заготовка.

Рис. 1. Основные виды обработки металлов резанием

Сверление. Сверление производится на сверлильных станках; главное движение (вращательное) и движение подачи в осевом направлении осуществляет сверло.

Фрезерование. Фрезерование производится на горизонтально-фрезерных станках. Здесь главное (вращательное) движение получает фреза; движение подачи в продольном направлении совершает заготовка.

Зубофрезерование. Зубофрезерование осуществляют на зубофрезерных станках; главное (вращательное) движение совершает червячная фреза; круговую подачу sK получает заготовка, а вертикальную подачу se — червячная фреза.

Шлифование. Шлифование производится на плоскошлифовальных станках; главное (вращательное) движение получает шлифовальный круг; продольную подачу (возвратно-поступательное движение) и поперечную прерывистую подачу совершает заготовка, вертикальную прерывистую подачу (установка на глубину резания t) осуществляет шлифовальный круг.

На рис. 1 показана обработка деталей на круглошлифовальных станках; главное (вращательное) движение совершает шлифовальный круг; продольная подача (возвратно-поступа-тельное движение) и круговая подача осуществляются заготовкой, поперечную прерывистую подачу (установка на глубину резания t) осуществляет шлифовальный круг.

Основные понятия о процессе резания

Резец, его части, элементы и углы.

На заготовке различают поверхности:
а) обрабатываемую, б) обработанную, т. е. полученную после обработки, и в) поверхность резания, образуемую на заготовке главной режущей кромкой резца.

Для определения углов резца стандартом установлены исходные плоскости: основная и плоскость резания.

Основной плоскостью является плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам. У токарных резцов за основную плоскость принимают опорную поверхность резца, след этой плоскости дан под цифрой.

Главные углы резца измеряются з главной секущей плоскости.

Главный задний угол а — угол между плоскостью резания и главной задней поверхностью.

Передний угол К—угол между плоскостью, перпендикулярной плоскости резания, и его передней поверхностью.

Рис. 2. Токарный резец:
а — части и элементы резца; б — поверхности на обрабатываемой детали; основная плоскость и плоскость резания; в — углы резца

Угол заострения Р — угол между передней поверхностью и главной задней поверхностью.

Угол резания 8 — угол между плоскостью резания и передней поверхностью.

Угол при вершине резца е — угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Главный угол в плане ф — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательный угол в плане Ф — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательный задний угол ос (измеряется во вспомогательной секущей плоскости) — это угол между вспомогательной задней поверхностью и вертикальной плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку и перпендикулярной к основной плоскости; след этой вертикальной плоскости дан под цифрой.

Элементы резания. Элементами резания являются: глубина резания, подача, толщина и ширина срезаемого слоя.

Глубиной резания называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно к последней. Глубина резания измеряется в миллиметрах и обозначается буквой t. Подача s рассмотрена выше.

Поперечное сечение срезаемого слоя характеризуется не только глубиной резания t и подачей s, но и физическими параметрами: толщиной а и шириной в.

Толщиной срезаемого слоя называется расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном к ширине срезаемого слоя, между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот или. один проход изделия или инструмента. Толщина стружки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой а.

Шириной срезаемого слоя называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Ширина срезаемого слоя обозначается буквой b и измеряется в миллиметрах.

Номинальное сечение срезаемого слоя измеряется в плоскости, перпендикулярной к направлению скорости резания.

Площадь действительного сечения срезаемого слоя ограничена контуром АБСЕ (она составляет около 98% площади ABCD ). Высота Н остаточного сечения в значительной мере определяет чистоту обработанной поверхности.

Процесс образования стружки научно обосновал русский ученый профессор И. А. Тиме. Он нашел, что при движении резца с приложением силы Р образуется стружка, состоящая из последовательного ряда элементов. Каждый элемент стружки образуется за счет первоначального смятия частиц, последующей деформации в пределах угла действия р 0 и, наконец, скалывания по плоскости скалывания АВ.

Рис. 3. Элементы резания:
s — подача (в мм/об); t — глубина резания (в мм); а — толщина стружки (в мм); в — ширина стружки (в мм)

Однако чем меньше угол 5, тем меньше деформация в пределах угла действия 30, тем меньше сила резания Р.

Тиме нашел, что срезаемая стружка бывает сливной (при обработке вязких металлов с малыми подачами s и большими скоростями у), стружкой скалывания (при обработке более твердых металлов с большими подачами s и малыми скоростями и), надлома (при обработке хрупких материалов — чугун, бронза). Тиме установил, что срезаемая стружка значительно изменяет свою форму — увеличивается по толщине и укорачивается по длине; это явление он назвал усадкой стружки.

Рис. 4. Процесс образования стружки:
а — по данным профессора И. А. Тиме; б— по данным исследователя Я. Г. Усачева; в — явление наклепа при резании; г — явление нароста при резании

Талантливый механик Я. Г. Усачев развил дальше учение о резании металлов и нашел, что в пределах угла действия 30 имеет место деформация сдвига частиц стружки по плоскости сдвига АС, образующей угол до 30° с плоскостью, скалывания, а пределом этих сдвигов является плоскость скалывания АВ.

Наклеп и нарост на резце. При обработке резанием впереди плоскости скалывания АВ, на длине I, и под обработанной поверхностью, на глубине h, имеет место нарушение исходной структуры и состояния металла — явление наклепа. Наклеп повышает твердость детали примерно в 1,5 раза, вследствие чего резец фактически режет более твердый материал.

Я. Г. Усачев впервые заметил и правильно объяснил явление нароста. Он установил, что на передней грани резца образуется с’Лой металла другого строения, что можно рассматривать как застой металла. Под действием силы трения между стружкой и резцом нарост периодически срывается и удаляется со стружкой, но затем образуется вновь.

Опыты показывают, что при наросте обработанная поверхность становится неровной, с зазубринами. Однако наличие нароста снижает угол резания с 5 i до 52, что способствует уменьшению силы резания Р.

Профессор И. М. Беспрозванный на основании своих опытов нашел, что при скоростях резания у — 80— 100 м/мин и выше наклеп детали и нарост на резце исчезают.

Теплота при резании.

Я. Г. Усачев при проведении исследований установил, что при обработке резанием возникает тепло от сдвигов частиц по плоскости Л С и от скалывания элементов стружки по плоскости АВ, от трения стружки о переднюю поверхность и детали о заднюю поверхность резца, а также от деформаций, порождающих наклеп детали.

Часть возникшей при обработке резанием теплоты уносится стружкой (до 80%), часть уходит в окружающую среду, часть отводится телом резца и деталью, и последняя часть теплоты скапливается »а вершине резца и повышает его температуру.

Охлаждение. Охлаждение применяют для отвода тепла от обрабатываемой детали и режущей кромки инструмента, что предохраняет ее от преждевременного износа.

Применение охлаждения при обработке стали и других вязких материалов позволяет увеличить скорость резания на 25—40%. Наиболее употребительными смазочно-охлаждающими жидкостями являются: эмульсия (раствор соды, зеленого мыла и минерального масла в воде), содовый раствор, растительное масло, сульфофрезолы, керосин и др.

Расход эмульсии должен быть 10—12 л/мин, а сульфофрезола 3—4 л/мин.

Рис. 5. Силы, действующие на резец в процессе резания:

Опыты показывают, что с увеличением подачи s и глубины резания t в обоих случаях увеличивается сила резания Pz, а следовательно, соответственно увеличиваются Рх и Р.

Износ резцов. Трение сбегающей стружки о переднюю поверхность и поверхности резания о заднюю поверхность является причиной износа режущих инструментов.

При малой скорости резания износ происходит медленнее, чем при большой скорости, когда образуется много тепла. На износ влияют материалы детали и резца и величина давления, возникающего от трения.

При обдирочных работах изнашивается главным образом передняя поверхность инструмента. При чистовых работах наиболее сильно изнашивается задняя поверхность; износ ее допускается: для проходных резцов — до 2 мм, для фрез — до 3 мм, для сверл — до 1,2 мм.

Скорость резания и стойкость резцов. Скорость резания выбирается по таблицам, составленным на основании опытных данных для разных условий работы. Эти таблицы приводятся в разных справочниках. Чем больше подача s и глубина резания t, тем меньше скорость резания.

Скорость резания зависит также от выбранной стойкости резца. Стойкость резца есть (время (Т мин.) его непрерывной работы при заданном режиме резания. Опыты показывают, что незначительное увеличение скорости резания вызывает резкое снижение стойкости резцов.

Новаторы производства и советские ученые создали новые методы резания: с высокими скоростями, но малыми подачами и с большими подачами, но с более низкими скоростями. Все это резко повысило производительность труда на наших предприятиях.

Мощность резания. Мощность резания есть мощность, расходуемая на резание. Она зависит от величины силы резания Рг и величины скорости резания v — чем они больше, тем больше мощность резания. Работа с высокими скоростями резания требует установки более быстроходных и более мощных станков.