Способы обработки материалов. Учебное пособие

Крупноразмерные лунки делают на твердосплавных и быстрорежущих резцах шириной от 3 до 15 мм глубиной до 1,5 мм.

8.2. Обработка алюминия и его сплавов резанием

Обработка алюминия по сравнению со сталью характеризуется значительно высокой скоростью при равной стойкости инструмента. Вследствие сравнительного высокого коэффициента трения между алюминием и сталью при низких скоростях резания, даже при соблюдении рекомендуемых углов резания, на режущей кромке инструмента может образоваться нарост, который, помимо всего прочего, значительно ухудшает качество поверхности. Поэтому алюминий должен обрабатываться резанием со скоростями не ниже 90 м/мин. Исключением являются ручные работы, протяжка, сверление, зенкерование и нарезание резьбы.

Чистый алюминий и сплавы в отожженном состоянии дают длинную вязкую стружку, удаление которой из-за большого ее объема (обусловленного высокой скоростью резания) иногда бывает затруднительно. Нестареющие сплавы в нагартованном состоянии и состаренные сплавы хорошо обрабатываются резанием, но тоже дают длинную стружку. С использованием стружкоотводящей ступеньки или стружкозавивательных приспособлений может быть также получена стружка в виде коротких витков.

Для обточки на автоматических станках разработаны сплавы с добавкой свинца, которые дают короткую сыпучую стружку. Аналогичной формы стружка образуется также при обработке сплава AlMg5 в полунагартованном или нагартованном состоянии, который используется преимущественно на предприятиях по выпуску оптики и точной механики, поскольку он лучше поддается декоративному анодированию, чем материалы с добавкой свинца.

Литейные сплавы обладают в основном такой же обрабатываемостью резанием, как и деформируемые одинакового химического состава. Они лишь дают, как и большинство литейных сплавов, более короткую стружку.

183

Показателем обрабатываемости резанием литейных сплавов служит содержание кремния, повышенная твердость соединений которого может отрицательно сказаться на стойкости инструмента.

В зависимости от состава и состояния или прочности при обработке резанием алюминия выделяют три группы материалов (табл. 41).

Таблица 41

Группы материалов, классифицируемых по обрабатываемости резанием

Группа 1. Нестареющие деформируемые сплавы, стареющие деформируемые сплавы в отожженном состоянии

Группа 2. состаренные деформируемые сплавы и литейные сплавы с содержанием Si < 10%

Окончание табл. 41

Стружка алюминиевых сплавов не является пожароопасной. Рекомендуется, по возможности, сортировать стружку и отходы по сплавам, поскольку при этом можно достичь большей экономичности производства.

Для экономичной обработки резанием алюминия требуется, чтобы инструмент имел большой передний угол и большую выемку для выхода стружки. Передние его грани должны подвергаться тонкому шлифованию или, что еще лучше, притирке, чтобы трение между инструментом и образующейся стружкой поддерживать по возможности минимальным. Высокая скорость резания, большой передний угол и гладкая передняя грань препятствуют в совокупности с действием смазки и охлаждения (при остром инструменте) образованию нароста, из-за которого может получаться неровная, с задирами поверхность обработки.

Износ инструмента проявляется в виде усиливающегося затупления режущей кромки, обусловленного ее смещением. Лункообразный износ при обработке резанием алюминия в об-

185

щем случае не наблюдается. В результате износа на передней грани образуется слегка скругленная фаска с отрицательным передним углом резца (около 15°). С развивающимся затуплением сильно возрастает усилие резания и температура резания из-за затрудненных условий схода образующейся стружки, так что частицы обрабатываемого материала в виде сплошной массы могут выдавливать вдоль задней грани резца, где они перед окончательным формообразованием свариваются в так называемую ложную стружку, прочно пристающую к задней поверхности инструмента.

Материл для режущего инструмента определяют, исходя из конкретных условий резания. Для обработки резанием алюминия используют преимущественно быстрорежущие (БРС) и твердые сплавы (ТС), а наряду с ними для тонкой обработки – и алмазы. Минералокерамические материалы, содержащие окислы, до сих пор не могут применяться для обработки резанием алюминия, поскольку между пластинкой и обрабатываемым материалом может произойти реакция (из-за большого сродства алюминия к кислороду), приводящая в негодность режущий материал.

Инструментальная сталь применяется только для сверления и развертывания малых диаметров, в единичных случаях – для обработки деформируемых материалов.

Быстрорежущая сталь хорошо подходит для резания сплавов с небольшим содержанием кремния. Если требуются большие мощности резания, то быстрорежущая сталь может стать более экономичной, чем твердые сплавы, особенно в том случае, когда на данных станках нельзя достичь скоростей резания, применяемых при работе с твердыми сплавами. Высокая вязкость делает возможным применять инструмент с большими передними углами также при прерывистом резании. Параметры токарной обработки алюминия приведены в табл. 42.

Соблюдение рекомендуемых углов резания имеет очень большое значение для достижения высокой чистоты поверхности и высокой стойкости резца. Поэтому инструмент должен подвергаться механическому шлифованию. Риски и грат после шлифования следует удалять доводкой или притиркой.

186

187

188

Меньшая по сравнению со сталью твердость делает алюминий более чувствительным к образованию рисок, надрезов и вмятин при закреплении детали. Поэтому желательно оснастить зажимные устройства защитными прокладками, а зажимные патроны – расточными мягкими кулачками. По возможности следует для закрепления применять тиски с гладкими губками, цинковые патроны или разжимные оправки.

Фрезы для обработки алюминия отличаются от фрез для обработки стали большим расстоянием между зубьями и большей выемкой для выхода стружки.

Плоские поверхности только в редких случаях обрабатываются цилиндрическими фрезами, а чаще – торцовыми со вставными ножами; диаметр фрез подбирается таким, чтобы на станках для обработки стали (предполагая достаточную жесткость и мощность привода) можно было достичь высокой скорости резания.

По взаимному расположению обрабатываемой поверхности и оси оправки можно разделить фрезы на цилиндрические и торцовые. При фрезеровании торцовыми фрезами (фрезерными головками или цельными торцовыми фрезами) стремятся, чтобы диаметр фрезы превышал по меньшей мере на 1/5 ширину обрабатываемой детали, причем 2/3 ширины следует фрезеровать против подачи и 1/3 - по подаче. При фрезеровании цилиндрическими фрезами (простыми цилиндрическими, концевыми, дисковыми или фасонными фрезами) предпочитают фрезерование по подаче. Предпосылкой для достижения безупречной поверхности является, возможно, более полное удаление люфтов в опорах ходового винта подачи, а также между ходовым винтом и гайкой.

При фрезеровании алюминия следует придерживаться следующих режимов: передний угол α=30...15° (меньшие передние углы при черновом фрезеровании, большие – при чистовом); задний угол α=18...6° (то же, что и угол γ); скорость резания для БРС составляет 100...600 м/мин (меньшие значения для 3-й группы обрабатываемого материала), для ТС – 300...2500 м/мин (то же, что и БРС); подача на зуб фрезы 0,1...0,5 мм/зуб; глубина резания 0,5...6 мм.

189

Для сверления алюминия и его сплавов применяют спиральные сверла. Диаметр отверстия, особенно при сверлении мягких сортов алюминия, получается значительно больше диаметра сверла. Поэтому диаметр сверла берут на 0,2...0,5 мм меньше диаметра отверстия. Параметры резания при сверлении приведены в таблице 43.

Окончание табл. 43

Спиральные зенкеры (трехзубые) и насадные (четырехзубые) служат для расширения предварительно просверленных или полученных при литье отверстий, часто с применением кондукторных втулок.

Отверстия, обработанные зенкером, имеют меньшую овальность, чем полученные спиральным сверлом, поэтому при получении отверстий с низкими допусками по диаметру с помощью разверток предварительно их обрабатывают зенкером, оставляя припуск. Параметры зенкерования те же, что и при сверлении алюминия за исключением скорости резания, которая составляет 25...10 м/мин.

Для развертывания отверстий в деталях из алюминия могут использоваться развертки всех типов, которые применяются для обработки стальных деталей.

Резка дисковыми пилами ведется главным образом для разделения на мерные длины прутков, штанг, профилей и труб, а также для получения узких пазов. Особую разновидность представляет собой горячая резка непрерывно прессуемого изделия после выхода его из пресса (температура изделий 300...400°С).

Резка дисковой пилой сравнима с фрезерованием дисковыми фрезами. Шаг t зависит от сечения пилы, которое является

191

важнейшим показателем для пил очень малого диаметра. Он должен выбираться таким, чтобы обеспечить достаточно большое и скругленное пространство для выхода стружки (рис. 11).

Рис. 11. Углы и формы зубьев дисковой пилы

(при шаге t=5...10 мм, h=4...5 мм, s=1...3 мм; при шаге t=9...20 мм, h=5...8 мм, s=1...3 мм; при шаге t< 60 мм, h< 25 мм, s< 6 мм)

Полотно пил диаметром до 250 мм изготовляется полностью из быстрорежущей стали и с каждой стороны утоняется шлифовкой к центру для предупреждения защемления при резке. Пилы большего размера состоят из стального закаленного диска из листовой стали, оснащенного приклепанными сегментами из быстрорежущей стали или припаянными, а также механически закрепленными ножами из твердых сплавов.

Резка ленточными пилами чаще всего ведется при небольших сечениях изделий, а также для получения сквозных отверстий и контуров на листовом материале толщиной примерно от 6 мм. Шаг зубьев нормализован – 4…12 мм. Для тонкого листа еще меньше. поскольку в разрезаемом сечении должны одновременно резать не мене двух зубьев.

Ножовочные пилы применяют лишь для единичных случаев резки алюминия, так как скорость резки слишком мала. Для ручной резки следует использовать по возможности полотна с большим выемом у зубьев, где стружка может скручиваться.

Плашки и резьбонарезные головки на состаренных сплавах дают безупречную по качеству резьбу. Заборную часть следует

192