7 Обработка деталей резанием, виды обработки, их характеристики.

Обработка металлов резанием - технологические процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды обработки деталей резанием: точение, строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование и зубофрезерование, шлифование и др.

В зависимости от условий резания стружка, снимаемая режущим инструментом (резцом, сверлом, протяжкой, фрезой и др.) в процессе обработки металлов резанием может быть элементной, скалывания, сливной и надлома. Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причём она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.

В результате превращения механической энергии, расходуемой при обработке металлов резанием в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент — стружка и инструмент — деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали.

Тепловые явления при обработке металлов резанием вызывают изменение структуры и физико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента. Процесс теплообразования зависит также от условий резания.

Значительное влияние на обработку металлов резанием оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов

Точение - токарная обработка, одна из основных операций обработки резанием, выполняемая на металлорежущих станках и деревообрабатывающих станках токарной группы, обычно при вращательном движении изделия и поступательном движении резца.

Строгание - процесс обработки материалов резанием со снятием стружки, осуществляемый при относительном возвратно-поступательном движении инструмента (строгального резца, ножа и т.п.) или изделия. При строгании стружка, как правило, снимается при рабочем ходе. Основные недостатки строгания: удар инструмента (резца) в начале каждого рабочего хода и наличие холостого хода, что снижает стойкость инструмента и производительность обработки.

Сверление в металлообработке — процесс получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале на сверлильных, токарных, револьверных, расточных, агрегатных и других станках, а также при помощи сверлильных ручных машин. Точность изготовления отверстий при сверлении — 4—5-й класс. Отверстия более высокой точности получают после сверления растачиванием, зенкерованием или развёртыванием.

Главное движение при серлении — вращательное, движение подачи — поступательное. При работе на сверлильных станках оба движения осуществляет сверло, при работе на других станках вращение совершает обрабатываемая заготовка, поступательное осевое движение — сверло.

Растачивание - процесс механической обработки внутренних поверхностей расточными резцами с целью увеличения диаметра. Растачивание осуществляется на токарных, расточных и др. металлорежущих станках. Можно обрабатывать сквозные и глухие цилиндрическими и коническими отверстия, выемки, канавки и др. Точность обработки при растачивании — 4—5-го классов, шероховатость поверхности — 2—3-го классов чистоты.

Зенкерование - способ обработки поверхностей отверстий, предварительно просверлённых, полученных горячей или холодной штамповкой и литьём. Зенкерование применяют при обработке цилиндрических отверстий, углублений под головки или шейки болтов и винтов, торцевых поверхностей бобышек под шайбы, упорные кольца и т.п. Зенкерование является также промежуточной операцией после сверления перед развёртыванием. Повышает точность и чистоту поверхности, т.к. зенкер, в отличие от сверла, имеет больше режущих кромок. Отверстие, полученное зенкерованием, имеет более точное по сравнению со сверлёным направление оси, поэтому зенкерование широко применяют при чистовой и получистовой обработке. Зенкерование выполняется на сверлильных, револьверных и расточных станках.

Развёртывание - одна из разновидностей обработки отверстий резанием (после сверления и зенкерования) многолезвийным режущим инструментом — развёрткой. В результате чернового развёртывания снимается припуск на обработку не более 0,5 мм на диаметр, обеспечиваются шероховатость поверхности 7-го класса, точность 3-го класса. При чистовом развёртывании снимается припуск не более 0,2 мм; шероховатость — до 9-го класса, точность — до 2-го.

Протягивание - процесс обработки металлов резанием на протяжных станках многолезвийным режущим инструментом — протяжкой. Применение протягивания целесообразно при обработке больших партий деталей, т. е. в крупносерийном и массовом производстве (ввиду сложности изготовления и высокой стоимости протяжек).

В зависимости от порядка срезания припуска при протягивании различают следующие виды резания: а) профильное, при котором все режущие зубья протяжки снимают припуск, но не участвуют в окончательном формировании поверхности, последний же зуб придаёт ей окончательную форму; б) генераторное, при котором каждый режущий зуб протяжки, срезая припуск, одновременно участвует в построении поверхности; в) прогрессивно-групповое, применяемое при снятии относительно больших припусков, когда все зубья, распределённые по группам (2—3 зуба), снимают слой металла не сразу по всей ширине, а частями.

Существуют свободный и координатный методы протягивания. При свободном методе протяжка обеспечивает получение только размеров и формы поверхности; при координатном, — кроме того, точное расположение обработанной поверхности относительно базовой.

Припуск под протягиванием составляет для отверстий в поковках и отливках 2—6 мм; для отверстий, полученных сверлением, зенкерованием или растачиванием, 0,2—0,5 мм. Скорость резания при протягивании сравнительно низка (2—15 м/мин), однако производительность протягивания высока, т.к. велика суммарная длина одновременно работающих режущих кромок. Точность обработки при протягивании — 3—2-й класс; шероховатость обработанной поверхности — 7—9-й класс. Особенность процесса резания при протягивании — постоянное накопление стружки во впадинах перед каждым зубом. Для лучшего размещения стружки и предотвращения заклинивания протяжки зубья часто снабжаются стружколомающими канавками.

Фрезерование в металлообработке - процесс резания металлов и др. твёрдых материалов фрезой. Фрезерование применяется для обработки плоских и фасонных поверхностей (в т. ч. резьбовых поверхностей, зубчатых и червячных колёс) и осуществляется на фрезерных станках.

Главное движение при фрезеровании — вращение инструмента, движение подачи — поступательное перемещение заготовки; скорость резания равна окружной скорости наиболее удалённых от оси фрезы точек её зубьев.

В процессе фрезерования возникают силы сопротивления резанию. По окружной силе может быть определён крутящий момент на шпинделе фрезерного станка. Осевая сила действует на подшипник шпинделя станка, устройство для закрепления заготовки, а также детали и узлы механизма подачи. Радиальная сила действует на опоры шпинделя и оправку, в которой закрепляется фреза. Горизонтальная сила нагружает механизм подачи и устройство для закрепления заготовки.

Шлифование - обработка поверхностей заготовок абразивным инструментом. Производится на шлифовальных станках, на металлорежущих станках других групп с помощью специальных приспособлений (например, шлифовальных головок), вручную. По скорости вращения абразивного инструмента различают обычное шлифование — окружная скорость инструмента около 20 м/сек и скоростное — окружная скорость выше 50 м/сек. Шлифование позволяет изготовлять металлические детали с точностью до 1-го класса и получать поверхности до 10-го класса шероховатости. Шлифование широко применяется при обработке наружных и внутренних плоских, цилиндрических, конических и фасонных поверхностей заготовок из металлов, пластмасс, керамики, ферритов, камня, дерева и т.д. Некоторое распространение получило также черновое (обдирочное) шлифование для удаления больших припусков с литых чугунных и стальных заготовок.

Известны различные виды шлифования: круглое наружное и внутреннее, планетарное, бесцентровое наружное и внутреннее, плоское, фасонное и др.

Для обработки труднообрабатываемых металлов применяют также электрохимическое (электролитическое) шлифование токопроводящими шлифовальными кругами с подводом к зоне резания постоянного электрического тока и электролита. Шлифование может производиться абразивным порошком, взвешенным в жидкости, с помощью методов вибрационной обработки.