Металлических деталей существует целая масса, они отличаются своей формой, весом, качеством, поэтому и виды обработки металлов резанием тоже будут отличаться друг от друга. Для изготовления любой детали понадобится металлический материал, им может выступать: сварные заготовки, пластмассы, штамповки, отливки сортовой прокат, поковки. Такие названия можно соединить в одну группу под названием “заготовки”.
Чтобы деталь соответствовала всем заданным параметрам, токарь или фрезеровщик должен снять с заготовки весь лишний металл. До получения нужной формы, мастер будет обрабатывать деталь используя, станок для резки металла или слесарное ручное оборудование. Тот ненужный снятый слой металла называется “припуском на обработку”. В этом и состоит вся сущность обработки металлов резанием.
Обработка металла
Как происходит процесс
Суть операции заключается в снятии верхнего слоя с заготовки посредством режущего инструмента. Глубина среза определяется целью. Основная задача — придание стали нужной формы.
Нет универсального прибора, который может справиться с любым изделием, поскольку каждое имеет различные линии, размеры. Вместе с разнообразием деталей производят и большое количество станков.
Также есть много технологий, которые производят обработку материалов резанием, к ним относят:
- точение — для цилиндрических стальных элементов;
- сверление — для образования сквозных и глухих отверстий;
- фрезерование — для работы с плоскими и фасонными поверхностями;
- строгание — для снятия верхнего слоя;
- долбление — для формирования пазов и канавок, зубьев;
- шлифование — для достижения нужной степени шероховатости.
Это неполный перечень, но наиболее популярные установки. Следует отметить, что оборудование имеет разную степень универсальности и автоматизации.
Глава 12 МЕХАНИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
12.1. Резание материалов
Резание — это процесс снятия лишнего материала (припуска) с заготовки режущим инструментом для получения детали с заданными размерами и шероховатостью (качеством поверхности). Отходом при резании является стружка, которая может быть разной (скалывания, надлома, сливной и др.) в зависимости от свойств материала, скорости резания, сечения снимаемого слоя и состояния инструмента: угла резания, заточки, материала режущей кромки и др. При резании заготовка и режущий инструмент испытывают большие деформации и нагрузки, превращающиеся в теплоту, которая распределяется между стружкой (до 80%), деталью и режущим инструментом. Температура режущей кромки инструмента всегда выше температуры стружки. В зависимости от режима резания температура нагрева перераспределяется. Так, с повышением скорости резания количество теплоты, отводимое в обрабатываемую деталь, уменьшается, а в инструмент и стружку — увеличивается.
В процессе резания инструмент подвергается упругой деформации, а обрабатываемый материал — срезаемый слой металла, поверхность резания и поверхностный слой (I…2 мм) за линией среза — пластической деформации. Обрабатываемый материал, деформируясь, упрочняется (наклепывается), в результате чего его твердость повышается, а это, в свою очередь, уменьшает изнашивание трущихся деталей в разных устройствах и увеличивает усталостную прочность. Упрочнение мягких и пластичных металлов значительно сильнее, чем твердых. Твердость наклепанного слоя стали в зависимости от режима резания повышается в 2 — 4 раза по сравнению с твердостью до обработки.
Резание осуществляется специальным инструментом. Режущий инструмент представляет собой клин, который с силой Р (рис. I2.I) внедряется в материал для выполнения работы резания. Такое возможно, если твердость материала клина Сбудет значительно превышать твердость обрабатываемого материала. На этапе внедрения клина в материал создается расклинивающее усилие, которое действует в противоположные стороны и может оказаться в пять и более раз больше приложенного усилия. Причем, чем острее клин, тем больше расклинивающее усилие при той же силе Р. Но уменьшать угол клина можно только до некоторой величины.
так как при этом его прочность может значительно уменьшиться. Вначале резания срезаемый слой материала испытывает сжатие до тех пор, пока усилие сжатия не окажется больше сил сцепления микрочастиц материала. В этот момент от обрабатываемого материала (заготовка 3) начинают скалываться (срезаться) отдельные кусочки а—д, из которых собирается стружка 1. Угол плоскости скалывания для стали может составлять 145… 155°.
Как было отмечено ранее, резание является наиболее распространенным способом обработки. Одним из основных инструментов при этом служит резец, представляющий собой усовершенствованный клин. Все режущие инструменты — это разновидности резца. Конструкций резцов очень много, их разделяют по материалу, назначению, станочному оборудованию, на левые и правые, а также по другим признакам. Основными типами резцов являются проходные, расточные, подрезные, отрезные, резьбовые и др. Поскольку резцы устроены примерно одинаково, достаточно подробно рассмотреть любой из них, например отрезной резец (рис. 12.2).
Отрезными резцами материал разделяют на токарных, строгальных, револьверных станках и токарных автоматах. Режущую часть резцов выполняют обычно из быстрорежущей стали или твердого сплава. На токарных автоматах кроме обычных используют круглые резцы. Если токарные станки имеют два суппорта, то можно выполнять встречную резку одновременно двумя резцами. Для получения высокой производительности и продолжительной стойкости режущего инструмента применительно к свойствам разрезаемых материалов резцы должны иметь оптимальные размеры режущей части, определяемые главными передним у и задним а углами. Например, для стали главный передний угол равен 25°, а главный задний — 8°, а для хрупких и твердых бронз — 0…5° и 6…8° соответственно. Кроме того, боковые поверхности отрезных
резцов должны иметь угол поднутрения a = 1 ..2° и задние углы
а, на боковых поверхностях резца (a1| = 2…3°). Для получения чистой поверхности отрезаемого материала рекомендуется режущее лезвие резца делать наклонным (ср, = 8… 15° для стали и 20…25° для мягких материалов). Ширина реза зависит от диаметра заготовки. Так, для заготовки диаметром до 25 мм ширина резца составляет 3…4 мм, а для заготовки диаметром 60… 100 мм она равна 5…6 мм. Угол р называется углом заострения или углом заточки.
При разделении металлов отрезными резцами необходимо обильно охлаждать место реза (материал и инструмент), резец устанавливать строго по центру отрезаемого материала (для твердосплавных резцов рекомендуется устанавливать на 0,5… 1 мм ниже центра) и при отрезке с большой глубиной прорезания процесс проводить перевернутым резцом и при обратном вращении обрабатываемого материала.
Возможными видами механической обработки материалов резанием являются точение, фрезерование, сверление и строгание.
При точении (рис. 12.3, а) заготовка вращается на проходной резец, который с заданными подачей и глубиной резания перемещается влево, снимая стружку. Резец, как правило, устанавливают по центру обрабатываемой заготовки.
Фрезерование (рис. 12.3, б) выполняется цилиндрической фрезой, которая вращается навстречу подаваемой заготовке.
Сверление (рис. 12.3, б?) осуществляется спиральным сверлом, которое вращается и одновременно опускается в заготовку. Оценивая характер выходящей стружки, можно заключить, что свердо правильно заточено и одновременно работают обе его режущие кромки (для большинства металлов стружка сливная).
Строгание (рис. 12.3, г) выполняется строгальным резцом, который при движении вперед совершает рабочий ход, а при движении назад — холостой. В этот момент он откидывается, а заготовка перемещается вправо на заданную подачу.
Из разных видов обработки металлов резанием ознакомимся только с некоторыми — нарезанием зубьев, протягиванием, шлифованием и др.
Зубья шестерен и зубчатых колес изготовляют разными способами. Например, нарезание зубьев цилиндрических колес методом копирования осуществляют с помощью дисковых модульных фрез (рис. 12.4, а) на горизонтально-фрезерных станках и пальцевых модульных фрез (рис. 12.4, б) на вертикально-фрезерных станках с использованием делительных головок. При этом методе нарезания впадины зубьев соответствуют форме и размерам (модулю) инструмента.
Рис. 12.3. Виды механической обработки резанием: а — точение; 6 — фрезерование; в — сверление; г — строгание; — — движение инструмента;—-«- — движение обрабатываемой заготовки
Рис. 12.4. Основные способы нарезания зубьев: а, б — копированием с помощью модульных дисковой и пальцевой фрез; в — обкаткой червячной фрезой; г — долблением гребенкой; —» » — движение инструмента;—->- — движение заготовки
Более производительным является способ нарезания зубьев обкаткой (рис. 12.4, в), при котором червячная заданного модуля фреза обкатывает вращающуюся заготовку, при этом последняя поднимается навстречу инструменту до полного нарезания зубьев. Нарезание зубьев выполняют на горизонтально-фрезерных станках или на специальных зуборезных. Червячными фрезами кроме зубьев нарезают резьбы, шлицы и др.
Гребенкой зубья шестерен изготавливают способом долбления (рис. 12.4, г), при котором заготовка шестерни медленно вращается, а гребенка совершает движения вниз-вверх перпендикулярно плоскости заготовки, чередуя рабочие ходы с холостыми.
Протягивание — это способ обработки материалов резанием и поверхностным пластическим деформированием внутренних и наружных поверхностей заготовок на протяжных станках. Этот способ обработки получил широкое применение в крупносерийном и массовом производстве благодаря большой производительности и высокой точности обработки, превосходя в несколько раз строгание, долбление или фрезерование.
С помощью протягивания обрабатывают сквозные отверстия разной конфигурации (рис. 12.5, а) с внутренним размером до 300 мм. Предварительно в заготовках, предназначенных для протягивания, сверлами или резцами делают отверстия, длина которых обычно не превышает трехкратной величины их диаметров.
Инструментом для протягивания служит протяжка (рис. 12.5, б) — многолезвийный режущий инструмент, предназначенный для обработки внутренних и наружных поверхностей разного профиля. По форме обрабатываемых поверхностей протяжки подразделяют на плоские, круглые и фасонные. Протяжка — стержень с зубьями, размеры которых последовательно увеличиваются, а форма изменяется от исходной до заданной (например, от круглой до шестигранной).
Наружным протягиванием получают прямые и спиральные зубья на шестернях и секторах, прямые и винтовые канавки, шлицы и др. Протяжные станки бывают вертикальными (преимущественно для наружного протягивания) и горизонтальными (для внутреннего протягивания) с гидравлическим приводом ползуна, обеспечивающим плавность хода.
Рис. 12.5. Протягивание: а — отверстия разной конфигурации, полученные протягиванием; б — протяжка
Развертывание — это способ чистовой обработки цилиндрических и конических отверстий диаметром до 100 мм резанием с помощью металлорежущего инструмента — развертки, обеспечивающей степень точности обработки 7 —9-го квалитета и шероховатость Ra 0,100 мкм. При этом происходит незначительный съем (несколько десятков микрометров) обрабатываемого материала и упрочнение тонкого поверхностного слоя. Предварительно под развертывание отверстие детали обрабатывают сверлом или зенкером, оставляя соответствующий припуск под окончательную обработку.
Развертка (см. рис. 7.1, ж) представляет собой многолезвийный режущий инструмент из инструментальных материалов, предназначенный для точной и окончательной обработки. Развертка обычно имеет четное (6—12) число зубьев, что придает ей высокую устойчивость в отверстии, повышенную по сравнению со сверлом жесткость и возможность получения отверстия большей точности. Она обычно состоит из направляющего конуса, режущей, калибрующей частей, образующих рабочую часть развертки, а также шейки и хвостовика с квадратом. Развертки подразделяются: по способу применения — на ручные и машинные, по характеру крепления — на хвостовые и насадные, по конструкции — на цельные, сборные, регулируемые со вставными ножами и т.д.
Твердые и хрупкие материалы (стекло, керамику, полупроводниковые материалы) можно резать алмазным инструментом — алмазными отрезными дисками (кругами) и скрайбированием. Алмазные диски бывают двух типов — с наружной и внутренней режущими кромками. Алмазные диски с наружной режущей кромкой, шаржированной алмазом, применяют для резки, когда требования к точности невысоки, а стоимость материала, переходящего в отходы, незначительна. Такие диски в зависимости от величины диаметра позволяют резать заготовки толщиной (диаметром) до 30 мм при толщине самого инструмента (металлической основы) 0,5…0,6 мм. Алмазным диском разрезают заготовки при его частоте вращения 2*000…3 000 мин1 и обильном охлаждении водой или специальными охлаждающими жидкостями.
Диски 1 (рис. 12.6) с внутренней режущей кромкой 2, которая шаржирована алмазом, используют в специальных станках, на которых разрезают твердые хрупкие материалы например слитки полупроводниковых материалов на пластины диаметром до 150 мм. Толщина отрезаемых пластин 200…300 мкм при примерно такой же ширине реза.
Скрайбирование — это способ разделения тонких и хрупких пластин (например, керамики, ситалла, полупроводников) на отдельные части, состоящий из двух этапов — нанесения на пластине надрезов (рисок, царапин) глубиной 10… 15 мкм алмазным резцом (скрайбером) и последующего разламывания по ним на мягкой опоре при растягивании или прокатке пластины валиком.
Шлифование — это, как правило, финишная операция при изготовлении изделий металлообработкой (резанием). Обычно шлифуют детали, прошедшие термическую обработку, получая при этом заданные размеры и шероховатость. Обработка ведется шлифовальными кругами, в которых резцами служат зерна алмаза, корунда, карборунда, закрепленные связкой. В процессе работы круги самозатачиваются: сработавшиеся режущие частицы осыпаются, а на смену им обнажаются и вступают в работу новые.
Шлифование выполняется разными способами. При наружном круглом шлифовании деталь / (рис. 12.7, а), как правило, вращается в центрах и продольно перемещается, а абразивный шлифовальный круг 2 вращается навстречу детали и может подаваться к ней, выполняя начальное врезание на заданную глубину.
При наружном плоском шлифовании плоские поверхности детали / (рис. 12.7. б) обрабатывают периферийной частью шлифовального круга или его торцом — чашкой 3. Шлифуемая деталь удерживается магнитом стола шлифовального станка, а вращающийся шлифовальный круг может опускаться и подниматься, подача заготовки (детали) осуществляется перемещением стола станка в двух направлениях.
Способом внутреннего шлифования обрабатывают сквозные, глухие, ступенчатые цилиндрические и конические отверстия. Шлифуемую деталь 1 (рис. 12.7, в) закрепляют в патроне 4, вместе с которым она вращается в направлении стрелки. Шлифовальный круг имеет свой привод, с помощью которого он вращается вокруг собственной оси, передвигается вперед-назад и может перемещаться перпендикулярно своей оси вращения для врезания в обрабатываемую деталь. Обычно инструмент для внутреннего шлифования, состоящий из абразивного круга и оправки, называют шлифовальной головкой 5.
Рис. 12.6. Резание материала диском с внутренней режущей кромкой:1 — диск; 2 — внутренняя режущая кромка; 3 — твердый хрупкий материал; — — движение диска;—-► — движение разрезаемого материала
Бесцентровое шлифование широко применяют в серийном и массовом производстве для обработки цилиндрических, преимущественно гладких деталей с продольной автоматической подачей. Достоинством бесцентрового шлифования является большая производительность и высокая стабильность размеров шлифуемых деталей. При шлифовании на бесцентрово-шлифовальном станке деталь 1 (рис. 12.7, г), проходя между двумя абразивными кругами — шлифовальным 2 и ведущим 7, опирается на нож 6, причем центр шлифуемой детали находится несколько выше центров кругов. Ведущий круг 7 вращается со скоростью скольжения по обрабатываемой поверхности 10…50 м/мин, а шлифование осуществляется кругом 2, который вращается со скоростью шлифования 30…35 м/с.
Рис. 12.7. Разные способы шлифования: а — наружное круглое; 6 — наружное плоское; в — внутреннее; г — бесцентровое; ] — деталь; 2 — шлифовальный круг; 3 — чашка; 4 — патрон; 5 — шлифовальная головка; 6 — нож; 7 — ведущий круг; -»- — движение шлифовального круга;—-►- — движение заготовки
В процессе шлифования с продольной подачей ведущий круг устанавливается так, что его ось наклонена к оси шлифовального круга. За счет вращения ведущего круга шлифуемая деталь наряду с круговым совершает и продольное перемещение. Величина продольного перемещения тем больше, чем больше угол наклона ведущего круга. При шлифовании коротких деталей этот угол составляет 1 …2,5°, а при шлифовании прутков — 3…4,5°. Шлифование может выполняться за несколько проходов. При черновом шлифовании за один проход снимается 0,05…0,03 мм.
При всех видах шлифования обрабатываемые детали и шлифовальные круги обязательно охлаждают специальными жидкостями, которыми одновременно удаляются отходы резания и абразивная пыль.
Применение технологии
Раскрой стальных конструкций производится посредством металлообработки резанием в крупных цехах, а также в домашних условиях. На производстве такое металлообрабатывающее оборудование стоит фактически на каждом заводе, где ведется работа с металлическими конструкциями — от создания самых крупных многотонных деталей до микроскопических электронных плат. Все сферы машиностроения (авиастроение, судостроение, автомобилестроение и пр.), а также изготовление продукции массового потребления (бытовая техника, мебель с металлическими элементами) применяют технологию резания.
Теория и практика
Теоретические труды по металлообработке начали появляться в 19 веке вместе с первыми аппаратами. Основная задача науки — увеличение скорости обработки при сохранении статичности и стойкости резца, а также:
- поиск и развитие альтернативных методов (это плазменная, газовая, лазерная резка);
- минимизация возникновения тепла при трении;
- способы охлаждения конструкции.
Научные разработки тесно связаны с результатами исследований по материаловедению, поскольку основным направление этой науки является изучение физических и химических характеристик сплавом — их прочность, твердость, температура пластичности и пр.
Особенности применения станков
Несмотря на одинаковую суть процесса — механическое снятие верхнего слоя, сама процедура может производиться по-разному. Основное отличие заключается в двух параметрах:
- как происходит подача — движется заготовка или нет, например, в токарном станке она вращается;
- как двигается инструмент и его особенности.
Основой для остальных режущих кромок является резец. Он наиболее универсален и может производить многие операции, остальные изделия — его модификации.
Заготовка устанавливается в специальных зажимах на станок, закрепляется в шпинделях. Затем в суппорте зажимается инструмент — фреза, сверло, резец, шлифовальный диск и пр. Весь инструментарий подбирается в зависимости от твердости металла и его качеств.
Основные понятия и определения процесса резания;
Общие положения
МАТЕРИАЛОВ И РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Процесс резания–этопоследовательное срезание металла заготовки режущим инструментом, удаление его в виде стружки с целью получения детали определенной формы и размеров, заданных чертежом, и обеспечения определенного технологией качества поверхности.
На заготовке подвергаемой обработке различают: обрабатываемую поверхность, обработанную поверхность и поверхность резания.
Обрабатываемая поверхность – это поверхность, которая полностью или частично удаляется при резании. Обработанная поверхность – это поверхность, образующаяся после снятия стружки. Поверхность резания – это поверхность, которая образуется режущим лезвием инструмента и является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.
На рис. 1. показаны основные поверхности заготовки и основные движения, необходимые для осуществления процесса резания при точении.
Для осуществления процесса резания необходимы как минимум следующие условия [3]:
а) инструмент должен иметь соответствующую форму и
рациональную геометрию заточки;
б) твердость режущей части инструмента должна быть значи-
тельно выше твердости обрабатываемого материала;
в) инструмент и заготовка в процессе резания должны перемещаться друг относительно друга строго по заданным траекториям;
г) все взаимные перемещения должны происходить с определенными скоростями главного движения и движения подачи в зависимости от различных технологических факторов и условий обработки.
Для осуществления процесса резания необходимо иметь как минимум два движения, а именно: главное движение резания и движение подачи. Главное движение резания
(
) – это прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью. Движение подачи
– прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания и которое предназначено для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.
При обработке на токарных станках главное движение резания (вращение) совершает заготовка, а инструмент производит движение подачи (см. рис. 1). В случае работы на расточных, сверлильных и фрезерных станках, наоборот, главное движение совершают инструменты, а движение подачи может осуществлять как заготовка, так и инструмент.
Скорость главного движения резания при точении задается в (м/мин), которая подсчитывается по формуле
, где — диаметр обрабатываемой заготовки, мм; — частота вращения заготовки, об/мин.
Скорость движения подачи
или просто подача может задаваться в (мм/мин) или (мм/об). При токарной обработке различают два вида подач: — минутную подачу (мм/мин), которая показывает на какое расстояние переместится инструмент за 1 минуту; — подачу на один оборот заготовки (мм/об), которая показывает на какое расстояние переместится инструмент за 1 полный.
При точении задаются
, которые называются элементами режима резания. Глубина резания (мм) — это расстояние от обрабатываемой поверхности заготовки до обработанной, измеренное по нормали.
Особенность резки
Вне зависимости от основного используемого метода обработки металлов резанием, проявляется закономерность — около 20% от материала становится излишком, стружкой. Фактически все классические процедуры отвечают данному требования, кроме, пожалуй, шлифования. Но шлифовка — это часто финишная металлообработка, до которой также производилось точение или фрезеровка. Это экономически невыгодно, но поделать ничего нельзя. Однако современные станки, работающие по принципу лазерной или плазменной резки, производят настолько точный срез, а также тонкую распиловку, что количество отходов становится минимальным.
Это общее замечание, а теперь перейдем к частностям.
Существующие способы резания металла
Давайте подробно рассмотрим основные методы обработки металлов резанием, какие они бывают, чем выполняются и т. д.
1. Точение (обточка). Выполняется, когда заготовка не слишком отличается размерами от нужной детали. Этот процесс может выполняться на таком оборудовании (станках): токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных, долбежных, строгальных и т. д. Для этого резания используют резец токарного станка. Процесс происходит при большой скорости вращения детали, которую ей обеспечивает резец. Это движение называется “главным”. А резец двигается медленно и поступательно, вдоль или поперек. Такой вид движения имеет название “движение подачи”. Скорость резания определяется главным движением.
2. Сверление. Это методы обработки металлов резанием, где название говорит само за себя. Происходит на любом станке, где есть сверло. Заготовка зажимается прочно в тисках, а сверло вращается медленными поступательными движениями по одной прямой. В результате, в детали появляется отверстие с диаметром равным размеру сверла.
3. Фрезерование. Такие способы обработки металлов резанием могут выполняться лишь на специальных столах-станках – горизонтально-фрезерных. Главным инструментом станочника выполняющего фрезерную обработку металла, которое и совершает главное движение, является фреза. Движение подачи производит в продольном направлении заготовка, оно происходит под прямым углом относительно движению станка. Будущую деталь крепко зажимают на столе, и все время она остается неподвижной.
4. Строгание. Происходит на поперечном строгательном оборудовании, станках. Обработка заготовки происходит резцом, выполняющим медленные движения по заданному направлению и обратно. Главное движение принадлежит инструменту – немного изогнутому резцу. Движение подачи совершает заготовка, при чем, оно не сплошное, а прерывистое. Направление последнего движения прямо перпендикулярно главному. В этом виде станков движение резания высчитывается путем сложения рабочего и холостого ходов.
5. Шлифование. Мероприятие выполняется при помощи шлифовального круга на кругло шлифовальных станках. Режущий круг делает вращательные движения, а заготовка получает прямолинейную и круговую подачу, но если вытачивается деталь цилиндрической формы. Когда предметом обработки есть плоская поверхность, то заготовка получает подачу лишь в прямом направлении.
Проходившая выставка в Москве “металлообработка 2013” поражает наличием современного оборудования. фото оборудования с которой представлены в следующем сюжете :
Применение токарного станка — основной вид обработки металлов резанием
Оборудование устроено так. Есть станина — это крепкое основание, которое монтируется на фундаменте, чтобы выдержало вес самой установки вместе с обрабатываемым материалом. По бокам — передняя и задняя бабка. Одна просто играет роль держателя, а вторая содержит внутри себя движок и передает вращательное движение через шпиндели заготовке. Она, в свою очередь, вращается с выбранной оператором скоростью. Установка может быть горизонтальной (чаще) и вертикальной.
Вторая подача идет на суппорт, в котором зажат резец. С помощью ручки и колеса управления резчик передвигает инструмент для обработки резанием.
Есть станки с ЧПУ. На них высокая степень автоматизации — вплоть до установки заготовки и снятия детали, а также выполнение дополнительных функций — стружкоотведение и подача смазочно-охлаждающей жидкости.
Работать можно с цилиндрами и конусами — полыми и сплошными.
Повышение стойкости токарного станка
При контакте одного металла с другим естественным образом происходит быстрое стачивание инструмента, а основное условие работы — это поддержание высокой степени заточки режущей кромки.
В ходе решения данной проблемы инженеры рассматривали, какой материал лучше и дольше будет эксплуатироваться во время точения. Изначально применялась классическая инструментальная сталь с высоким количеством углерода. Она очень прочная, но все же не удовлетворяла высоким потребностям разработчиков.
Затем химический состав сплава изменили. добавив вольфрам. Элемент привел к повышенной твердости, а вместе с тем стало возможным проводить процедуру металлообработки быстрее, поэтому такое оборудование назвали быстрорежущим. Но и данная скорость не удовлетворяла инженеров.
Теперь используют совершенные сплавы с максимальной стойкостью к повышенным температурам. Они выдерживают температурный нагрев до 100 градусов, поэтому не деформируются в процессе работы. Как мы знаем, чем выше скорость. тем сильнее нагрев, поэтому данные материалы помогли решить вопрос о скоростном режиме.
Фрезерование как технология обработки металлов резанием
Фреза — более универсальный вариант резца. Этот инструмент вытесняет и строгание, на заводах более не устанавливают строгальные станки, поскольку фрезерный позволяет производить множество операций. Заготовка располагается вертикально или горизонтально, в зависимости от конструктивных особенностей оборудования. Затем деталь приходит в движение, подача — продольная, фреза начинает вращаться. Взаимодействие двух одновременных подач и возможность работать в нескольких плоскостях и системах координат способствует тому, что можно добиться разнообразных форм и работать со сталью даже в труднодоступных местах.
Газовый способ
Рассмотрим достаточно распространённый метод воздействия на металл, который активно применяется уже многие годы. Это газовая резка. Она достаточно популярна и экономически выгодна. По-другому её называют ещё кислородной, поскольку в этом случае процесс воздействия на металл имеет термический характер. Идёт струя кислорода после окончания работы и удаляет остатки жидкого оксида. Для начала верхняя кромка детали подогревается. В зависимости от химического состава материала (например стали) температура его возгорания может колебаться в пределах от 1000 и до 1200 градусов.
Газовая резка может быть применена для обработки среднелегированной, низколегированной или углеродистой стали. Толщина металлического листа или другого изделия должна составлять максимум 300 миллиметров. Газокислородная методика обработки металла имеет свои преимущества:
- Низкие затраты на обработку.
- Отсутствует необходимость работать с кромкой после завершения процедуры.
- Наличие прямой и диагональной резки изделий под разными углами.
- Можно использовать толстые металлические листы.
Особенности шлифования
Задача шлифовального оборудования — снятие тонкого верхнего слоя с целью устранения видимых дефектов, выравнивания поверхности и вреза и достижение необходимой степени шероховатости.
Станок оснащен абразивным диском. Это основной инструмент шлифовки. Поверхность и торцевая часть обмазаны специальным составом, который удерживает мелкие частицы абразива. Зерна могут быть разной фракции, они расположены симметрично и повернуты разными углами, режущими кромками, чтобы производить частичное снятие стружки.
Обработка металлов резанием по технологии плазменной резки — что это такое
Во время процесса электродуга, как при сварке, возникает между электродом (или металлической поверхностью) и соплом. В плазмотрон поступает струя сжатого воздуха под высоким давлением. Здесь происходит моментальный нагрев от 8 000 градусов и более, до 30 тыс. Кислород ионизируется, поскольку проходит через электрическую дугу. Получается, что образуется плазма, то есть раскаленная струя воздуха под высоким давлением, обладающая зарядом.
Проходя через сопло, поток развивает невероятную скорость — около 3 метров в секунду. Под воздействием плазмореза металл просто начинает плавиться, а кислород выдувает расплавленные капли.
Ключевые преимущества
К достоинствам следует отнести:
- высокая обрабатываемость металлов резанием — можно использовать любые, даже тугоплавкие и прочные материалы;
- большая скорость;
- любое направление сопла, возможность художественной резки;
- максимальная толщина стали;
- хорошее качество кромки;
- экологическая чистота, малый выброс веществ в атмосферу;
- безопасность, поскольку нет взрывоопасных баллонов.
Экономия времени и средств
Так как срез получается чистым, а количество отходов минимальное, то получается сэкономить бюджет, ведь не требуется финишная обработка. Дополнительное преимущество — короткий срок выполнения операции и возможность установки ЧПУ. Это позволяет сократить длительность работы оператора.
Особенности лазерного метода
Еще один инновационный способ, который получил широкое распространение. Одно из достоинств — возможность работы не только с металлами, но и с деревом, пластмассой.
Описание
Лазерное излучение точечно нагревает сталь, она начинает плавиться, а затем испаряться. В зону работы подается газ (чаще всего кислород), который помогает избавиться от остатков, а также охлаждает область.
Из-за высоких энергетических затрат способ используется только с тонколистовыми изделиями.
Преимущества метода
К достоинствам следует отнести:
- Нет механического контакта, поэтому минимизирован риск деформации даже самых хрупких деталей.
- Толщина обрабатываемого листа — от 0,2 до 300 мм в зависимости от материала.
- Высокая скорость.
- Небольшое количество отходов.
- Чистый срез.
- Максимальная точность.
Материалы, обрабатываемые резанием
Рекомендуем приобрести:
Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.
Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!
Материалы, применяемые в машиностроении для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, аппаратов, воспринимающих силовую нагрузку, называют конструкционными материалами. Они подразделяются на три класса:
- металлы (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, магния, титана и других металлов);
- неметаллы (пластические массы, керамика, стекло, резина ит.д.);
- композиционные материалы.
В машиностроении самыми распространенными и традиционно обрабатываемыми резанием являются металлические конструкционные материалы, поэтому в книге будут рассмотрены только процессы обработки металлов резанием на металлорежущих станках. Обработке резанием подвергают следующие металлы: чугуны, стали, цветные металлы и их сплавы.
Чугуном называют сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем и другими элементами, причем содержание углерода составляет 2,14…4,5 %. Обработке резанием наиболее часто подвергают серый, высокопрочный и ковкий чугуны.
Марки серого чугуна обозначают буквами СЧ (С — серый, Ч — чугун) и двумя цифрами, означающими предел прочности при растяжении. Например, СЧ 18 — серый чугун, предел прочности при растяжении 180 МПа.
В зависимости от механических свойств различают серые чугуны малой (СЧ 10…СЧ 18) и повышенной (СЧ 20…СЧ 35) прочности. Для изготовления деталей машин чаще применяют чугун марок СЧ 15; СЧ 20; СЧ 30 и реже — чугун марки СЧ 35. 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. Марки этого чугуна обозначают буквами ВЧ (В—высокопрочный, Ч — чугун) и двумя группами цифр: первая означает предел прочности при растяжении, а вторая — относительное удлинение. Например, ВЧ 45-5 — высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении σв = 450 МПа, относительное удлинение δ=5%. Твердость высокопрочного чугуна НВ 156…269.
Ковкий чугун отличается высокой вязкостью. Марки этого чугуна обозначают буквами КЧ (К — ковкий, Ч — чугун) и двумя группами цифр, первая означает предел прочности при растяжении, а вторая — относительное удлинение. Например, КЧ 50-4 — ковкий чугун, предел прочности при растяжении σв = 500 МПа, относительное удлинение δ=4%.
На обрабатываемость литых заготовок из серого чугуна резанием существенно влияет 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 (НВ 187…229).
Скорость резания в зоне литейной корки на 20…30 % меньше скорости резания внутренних слоев металла. Высокотемпературный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость резания в 1,5 …2 раза.
Сталью
называют сплав железа с углеродом (до 2 %) и другими элементами. Большое влияние на обрабатываемость стали оказывает ее химический состав. С увеличением содержания углерода повышается механическая прочность стали и, как следствие, возрастает ее сопротивление резанию, но увеличивается шероховатость поверхности. При обработке стали с малым содержанием углерода (0,1 …0,25 %) достигается лучшая шероховатость поверхности. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.
Марки углеродистых сталей обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6 (например, СтЗ). Чем больше цифра в обозначении марки стали, тем выше содержание углерода. Марки углеродистых качественных конструкционных сталей обозначают цифрами (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 при растяжении (временное сопротивление разрыву) для углеродистых сталей σв= 300…700 МПа, он возрастает с увеличением содержания углерода; твердость НВ ≤ 230.
Марки конструкционных повышенной и высокой обрабатываемости резанием сталей — автоматных — обозначают буквой А (автоматная сталь) и цифрами (содержание углерода в сотых долях процента), например А12; А20; АЗО и A35. Предел прочности этих сталей σв = 600…800 МПа (для холоднотянутой стали) и σв= 400… 700 МПа (для горячекатаной стали); твердость НВ 160… 207. Повышенное содержание серы в автоматных сталях обеспечивает необходимое стружкообразование при работе на станках, т. е. они лучше подвергаются обработке, чем углеродистые стали как обыкновенного качества, так и высококачественные.
Марки легированных сталей обозначают цифрами и буквами (например, 15Х; 40ХН; ЗОХГС; 20ХНЗАит.д.). Цифры показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента, буквы за цифрами — наличие легирующего элемента (например, Р — бор; Ю — алюминий; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; X — хром; Г — марганец; Н — никель; М — молибден; В — вольфрам), цифры после букв — содержание легирующего элемента в процентах (целые единицы), буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Предел прочности легированных сталей σв = 700… 1300 МПа (в зависимости от марки). Повышение содержания некоторых легирующих элементов (таких, как хром, молибден, ванадий, вольфрам, никель) увеличивает прочность и снижает теплопроводность сталей, что приводит к ухудшению их обрабатываемости. Наличие кремния 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.
Наиболее часто на металлорежущих станках обрабатывают заготовки из следующих цветных металлов: бронзы, латуни и дюралюминия.
Бронза
— это сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами.
Марки бронзы обозначают буквами Бр, затем — начальными буквами основных элементов, вошедших в сплав, и цифрами, которые показывают среднее содержание этих элементов в процентах. Например, бронза БрОЦСЗ-12-5 содержит в среднем 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца и 80 % меди. Для улучшения обрабатываемости и антифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец.
Латунь
— это сплав меди с цинком. Марки латуни обозначают буквой JI и цифрами, которые показывают среднее содержание меди (в процентах). Например, латунь JI62 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 ЛЖМц59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа, 1% марганца и 39 % цинка.
Дюралюминий
— это деформируемый сплав алюминия с медью (4…5 %), магнием (0,5 %), марганцем, кремнием и железом. Обозначение марок дюралюминия (Д1; Д6; Д16 и т.д.) не связано с его химическим составом.
Вывод
В статье мы рассказали про основы обработки металлов резанием. Способов множество, но технология остается прежней и используется повсеместно.
Обращайтесь в ООО «Роста», если вы решили купить приспособления для промышленного пользования. У нас в наличии и на заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные станки, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты. Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами.
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8; (473) 239−65−79;. Они ответят на все ваши вопросы.
Основная терминология при резании металлов
Глубиной резания называется толщина металла, выраженная в миллиметрах, которая удаляется при одном движении станка. Подачей принято называть расстояние в миллиметрах, совершаемое за одно движение режущего предмета или на которое он передвигается за один свой оборот. Скорость резания – это длина, описанная в метрах, которая понадобится для работы станка за определенно взятый отрезок времени. Такой единицей измерения принято брать минуту.
Для тех, кто хочет лично разобраться в подробностях, достаточно набрать в поисковике – обработка металлов резанием справочник технолога.
Для любого вида резания нужно приложить усилия, чтобы помочь инструменту отделить слой металла. Такие усилия называются “усилиями резания”, именно это понятие помогает найти сопротивление резанию. Сила, с которой материал противостоит инструменту, называют “коэффициентом резания”, для каждого металла он различный. Размер этой величины берется с сечением в 1 мм².
Какие бывают станки по назначению, мы уже описывали выше, а вот по уровню автоматизации они бывают: гидрофицированные, оснащенные программным управлением, автоматы и полуавтоматы.
В обработке металла давлением есть разные методы, которые используются в самых различных отраслях. Хотите сделать металлическую печку для бани самостоятельно? Как соорудить ее своими руками, читайте в этой статье.
Финальным этапом работы с металлом является его закалка. Как правильно ее производить, читайте в статье по https://elsvarkin.ru/texnologiya/texnologiya-zakalki-i-otpuska-stali/ ссылке.
