ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

К современным машинам, приборам, аппаратам предъявляются непрерывно повышающиеся требования в отношении их точности, надежности, экономичности, производительности. Выполнение этих требований в зна­чительной степени обеспечивается высокой точностью обработки и хорошим качеством поверхностей (малой шероховатостью) их деталей, высококачественной сбор­кой изделий, низкой трудоемкостью их производства.

Высокой точности и малой шероховатости поверхно­стей деталей можно достичь с помощью механической обработки резанием, т. е. обработки со снятием слоя ма­териала и образованием стружки.

В настоящее время на отечественных заводах метал­лорежущие станки составляют 50—80% от общего коли­чества оборудования.

В связи с внедрением прогрессивных процессов фор­мообразования методами пластической деформации (обработки давлением) на заводах происходит существен­ное изменение технологической структуры применяемого оборудования. В промышленном производстве непрерыв­но увеличивается удельный вес кузнечно-прессового обо­рудования при одновременном сокращении количества металлорежущих станков. В будущем их доля должна со­ставлять не более 20 — 30%. Более того, при общем со­кращении парка универсальных металлорежущих станков увеличится число высокоточных (прецизионных) станков с программным управлением, оснащенных различными автоматическими системами, обеспечивающими высокую производительность труда.

Основоположником теоретических исследований про­цесса резания является русский ученый И. А. Тиме, ко­торый в 1870 г. изложил основные законы образования стружки, разработал методы измерения сил, возникаю­щих при резании, обосновал причины вибрации при ме­ханообработке. Дальнейшее развитие теория резания по­лучила в трудах К. А. Зворыкина, А. Н. Челюсткина, И. М. Беспрозванного, В. А. Кривоухова, А. В. Панкина. Принцип работы большинства инструментов одина­ков. Режущим элементом инструмента, например резца, является клин, который под действием силы Р (рис. 18.39)

врезается в материал заготовки, пластически деформи­рует слой материала на ее поверхности, отделяет его, превращая в стружку. Размер силы зависит от главных уг­лов инструмента: главного заднего угла а, уменьшаю­щего трение инструмента с поверхностью обрабатывае­мой заготовки, переднего угла у и угла заострения р. Наличие углов определяет так называемую геометрию клина. Суммарный угол (а + Р) называется углом ре­зания 5.

Процесс резания осуществляется рабочими движения­ми. Главным рабочим движением называется то, при ко­тором образуется стружка, вспомогательным (движением подачи) — которое обеспечивает процесс резания на всей обрабатываемой поверхности.

Количественной характеристикой главного рабочего движения является скорость резания v, а вспомогательно­го — подача S, Эти две величины, а также глубина резания t, равная толщине слоя материала, снимаемого с заготовки, входят в состав режимных парамет­ров, т. е. определяют производительность и себестои­мость обработки.

При различных видах механообработки характер ра­бочих движений меняется. Например, при точении по­верхности резцом главное рабочее движение (вращатель­ное) совершает заготовка, а поступательное движение подачи - резец. При сверлении рабочие движения чаще выполняет сверло.

Правильное выполнение процессов механической обработки зависит от ряда факторов, в числе которых большое значение имеют припуски на обработку.

Припуском на обработку называется слой материала, подлежащий удалению с поверхности заготовки для по­лучения требуемого размера. Различают общий припуск на всю обработку какой-либо поверхности и межопера­ционный припуск, удаляемый в процессе определенной операции механообработки.

Размер припуска на заготовку зависит от способа ее изготовления и конфигурации, а также от требуемых точ­ности и шероховатости поверхностей готовой детали. Межоперационный припуск должен быть по величине таким, чтобы можно было исправить погрешности предшествующей обработки и неточность установки заготов­ки на данной операции технологического процесса.

Правильный выбор размера припуска имеет большое технико-экономическое значение. Завышенные припуски увеличивают расход конструкционных материалов, элек­троэнергии, ускоряют износ оборудования, режущего ин­струмента, увеличивают силы резания, а следовательно, деформацию технологической системы станок — приспо­собление — инструмент — заготовка, увеличивают тру­доемкость и стоимость обработки.

Очень малые припуски могут не обеспечить необхо­димых размеров и качества обработанной поверхности (требуемой шероховатости), что ведет к появлению брака и, как следствие, к удорожанию производства. Суще­ствует методика расчета оптимальных размеров припу­сков на обработку.

При механообработке заготовки на какой-либо опера­ции назначают межоперационный допуск, в пределах которого должен лежать действительный межоперационный размер. Погрешности формы обычно укладываются в пределы допуска на размер.

В зависимости от вида операции механообработки, формы заготовки (плоская, круглая цилиндрическая, ко­ническая, фасонная), оборудования выбирают необхо­димый режущий инструмент.

В производстве применяют большое количество ви­дов режущего инструмента, отличающегося конфигура­цией, формой режущих элементов, размерами, материа­лом инструмента.

Режущий инструмент можно классифицировать сле­дующим образом:

1. Резцы, которые по виду обработки делятся на проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные и фасонные. По характеру обработки резцы делятся на обдирочные (черновые), чистовые и для тонкого точения, по конструкции головки — на прямые, отогнутые, изог­нутые, оттянутые, по технологическому назначению — на токарные, строгальные, долбежные и т. д.

2. Сверла, которые по конструкции делятся на пло­ские, или перовые; цилиндрические, которые бывают спи­ральными, или винтовыми, имеющими наибольшее при­менение; для глубокого сверления отверстий, длина которых.превышает диаметр более чем в 8 — 10 раз; коль­цевые (полые) для сверления отверстий диаметром более 100 мм в листовом материале; с прямой канавкой для сверления тонких листов, преимущественно латунных; центровочные.

3. 3енкеры, которые бывают цилиндрические (цельные и насадные), конические и торцовые.

4. Развертки, которые делятся на цилиндрические и конические, а по применению — на машинные и ручные.

5. Фрезы, которые в зависимости от назначения де­лятся на цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные.

6. Протяжки, которые по применению подразде­ляют на плоские для обработки шпоночных пазов, цилин­дрические, круглые, прямоугольные или с другой формой поперечного сечения, протяжки для наружного протяги­вания.

7. Резьбонарезной инструмент для наруж­ной резьбы — резьбовые резцы и гребенки, круглые плашки (лерки), резьбонарезные головки (радиального и танген­циального типа), плоские (клупповые) плашки, резьбовые фрезы (дисковые и гребенчатые). Кроме того, к резьбо-обрабатывающему инструменту отяосятсярезьбонакатные плашки (роликовые и плоские), с помощью которых на­ружную резьбу получают без снятия стружки;

для внутренней резьбы — резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбовые концевые фрезы (для нарезания резьб в отверстиях больших диаметров).

8. Зуборезный инструмент, к которому отно­сятся дисковые и пальцевые зуборезные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, дисковые и реечные фрезы для обработки конических зубчатых колес, шевера.

9. Абразивный инструмент: шлифовальные круги различной формы, абразивные бруски, головки, сегменты.

Лезвийные инструменты, входящие в первые 8 групп, изготовляются из различных материалов, рассмотренных в гл. 17.

Для изготовления абразивного инструмента исполь­зуют различные абразивные материалы в виде зерен с острыми гранями достаточно твердых, чтобы резать металл, обладающих необходимой вязкостью, обеспечивающей сопротивляемость скалывающим силам, возни­кающим в процессе резания. Абразивные материалы де­лятся на естественные и искусственные. К естественным

вносятся алмаз, корунд, гранат, кварц и др. Они находят малое применение из-за неоднородности свойств, а алмаз - вследствие высокой стоимости. Искусственными абразивными материалами являются синтетический алмаз, электрокорунд, карбиды кремния и бора, оксид хрома, эльбор (нитрид бора) и др.

Алмаз является самым твердым материалом, обла­дающим высокой красностойкостью и износостой­костью. Однако он весьма хрупок. Его нельзя применять при наличии больших вибраций и резких изменений сил резания.

Синтетические алмазы выпускаются разных марок, например АСО, АСП, АСВ. Для оснащения режущих ин­струментов используют кристаллы алмаза размером 1—2 мм. В операциях доводки твердых материалов (твердых металлокерамических сплавов и др.) применяют алмазные порошки.

Абразивный инструмент изготовляют на основе из­мельченных абразивных материалов, скрепляемых связуемым веществом (из керамики, вулканита или бакели­та).

Твердость абразивных зерен оценивается по минера­логической шкале. Качество обработанной поверхности (шероховатость) зависит от зернистости абразивных ма­териалов, т. е. от размера зерен. Обработка мелкозер­нистыми кругами обеспечивает лучшее качество поверх­ности.

На технико-экономические характеристики обработки абразивным инструментом влияет его твердость. Твер­достью шлифовального круга называется сопротивление связки к выкрашиванию абразивных зерен. По стандарт­ной шкале предусмотрены семь степеней твердости абра­зивного инструмента (ГОСТ 3751-47) —от мягкой (М) до чрезвычайно твердой (ЧТ). Для конкретного процесса обработки следует выбирать оптимальную твердость. За­ниженная твердость приводит к ускоренному износу ин­струмента, а слишком высокая — к ухудшению качества и к прекращению процесса резания из-за засаливания по­верхности инструмента.

Классификация технологических методов обработки заготовок на металлорежущих станках со снятием струж­ки представлена на схеме (рис. 18.40).

Механообработку ведут на различных металлорежу­щих станках: токарных, сверлильных, фрезерных и др. В основу классификации металлорежущих станков в СССР положен технологический принцип. На его осно­ве разработана классификационная схема, в которой все серийно выпускаемые станки разделены на 10 групп, каждая из которых включает 10 типов станков. В свою оче­редь все типы станков подразделяются на 10 типоразме­ров.

Каждому станку присваивается буквенно-цифровое обозначение, например 1Д62М. Первая цифра характери­зует группу станков, цифра 1 означает токарную группу станков, 2 — сверлильную, 3 — шлифовальную и т. д.; буква после первой цифры означает, что станок по отно­шению к базовой модели модернизирован, а последняя буква указывает на модификацию основной модели. Цифры в середине обозначения показывают одну из ос­новных технических характеристик станка.

Отечественное станкостроение непрерывно увеличи­вает количество выпускаемых металлорежущих станков и повышает их качество. На XXVI съезде КПСС принято решение: в одиннадцатой пятилетке производительность новых станков должна быть повышена в 1,3 — 1,6 раза, а их точность возрасти на 20-30%.