1769

60

Это стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и наиболее склонные к образованию трещин.

Перед сваркой проводится термообработка (отжиг или высокий отпуск). Непосредственно перед сваркой проводится предварительный подогрев изделий (до 200...300 0С). После сварки также обязательна термообработка для снятия остаточных напряжений.

Примеры марок сталей данной группы: Сталь 40Г...Сталь 70Г, Сталь 60С2, Сталь 60С2А, Сталь 55С2, Сталь 55С2А, Сталь 65...Сталь 85,

У7...У13, У7А...У13А.

Из-за сложности сварки эти стали в сварных конструкциях применяют довольно редко.

При сварке высокоуглеродистых сталей уменьшения склонности к образованию трещин добиваются снижением содержания углерода в наплавленном металле путем применения сварочной проволоки с меньшим содержанием углерода по сравнению с основным металлом. Одновременно шов легируют марганцем и кремнием, которые обеспечивают сохранение механических свойств металла шва.

4. ЛЕЗВИЙНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНИЕМ

4.1. Общая характеристика лезвийной механической обработки резанием

Обработка резанием – это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки.

Обработка резанием является универсальным методом размерной обработки. Метод позволяет обрабатывать поверхности деталей различной формы и размеров с высокой точностью из наиболее используемых конструкционных материалов. Он обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используемым в промышленности процессом размерной обработки деталей.

Резанием обрабатывают литые, кованые и полученные другими методами пластического деформирования заготовки, а также заготовки, полученные сваркой.

В зависимости от используемого типа инструмента способы механической обработки подразделяют на лезвийные и абразивные.

61

Отличительной особенностью лезвийных способов обработки является наличие у обрабатывающего инструмента острой режущей кромки (ли-

бо нескольких кромок) определенной геометрической формы.

Для абразивных способов обработки характерно наличие множества различным образом ориентированных режущих зерен абразивного инструмента, каждое из которых представляет собой микроклин.

Основными способами лезвийной обработки являются точение,

сверление, фрезерование, строгание и протягивание. В основу классифи-

кации способов обработки заложен вид используемого инструмента и кинематика движений. Любой способ обработки включает два движения: главное – движение резания (обозначается V) – и вспомогательное – движение подачи (обозначается S). Главное движение обеспечивает съем металла, а вспомогательное – подачу в зону обработки следующего необработанного участка заготовки. Эти движения осуществляются за счет перемещения заготовки или инструмента.

В зависимости от точности размеров и шероховатости получаемой поверхности различают черновую и чистовую обработки резанием. Чистовая обработка характеризуется большей точностью размеров и меньшей шероховатостью поверхности по сравнению с черновой.

Любой лезвийный инструмент состоит из рабочей части, включающей режущие лезвия, образующие их поверхности, режущие кромки, и крепежной части, предназначенной для установки и закрепления в рабочих органах станка.

Основным режущим элементом любого лезвийного инструмента является режущий клин определенной геометрической формы (рис. 4.1). Его твердость и прочность должны существенно превосходить твердость и прочность обрабатываемого материала, обеспечивая его режущие свойства. К инструменту прикладывается усилие резания P, равное силе сопротивления материала резанию, и сообщается перемеще-

ние относительно заготовки со скоростью V. Под действием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и, разрушая обрабатываемый материал, срезает с поверхности заготовки стружку. В процессе образования стружки металл заготовки претерпевает упругопластическую деформацию, которая заканчивается разрушением и сопровождается рядом фи- зико-химических процессов: трением, износом инструмента, выделением тепла, вибрациями и т. д. Выбор материала режущей части лезвийного ин-

62

струмента и ее геометрической формы зависит от вида обрабатываемого конструкционного материала заготовки.

Основные углы заточки лезвийного инструмента

Режущий клин любого типа лезвийного инструмента может иметь несколько углов заточки, однако основными из них, оказывающими наибольшее влияние на процесс резания, являются передний и задний уг-

лы (рис. 4.2).

Они измеряются в одной плоскости, так называемой главной секущей, которая при точении проводится перпендикулярно проекции главной режущей кромки клина (той, что режет металл) на основную (горизонтальную) плоскость.

Передний и задний углы – это основные углы заточки режущих кромок у любого вида лезвийного инструмента. Передний угол – это угол заточки передней поверхности.

Отличительной особенностью передней поверхности всегда является то, что по ней сходит стружка.

Задний угол – угол заточки задней поверхности, которая вместе с передней поверхностью образует режущий клин резца (см. рис. 4.2), зуба сверла, фрезы, протяжки и т. д.

Геометрические параметры режущего инструмента оказывают существенное влияние на усилие резания, качество поверхности и износ инструмента. Так, с увеличением переднего угла инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания, улучшается качество поверхности, но повышается износ инструмента. Наличие заднего угла снижает трение инструмента о поверхность резания, уменьшая его износ, но чрезмерное его увеличение ослабляет режущую кромку, способствуя ее разрушению при ударных нагрузках.

4.2. Точение

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения.

Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение, обозначается символом V) и перемещении резца (движение подачи, обозначается символом S).

63

Токарные резцы

В качестве режущего инструмента при точении используются токарные резцы.

По технологическому назначению различают резцы (рис. 4.3, а): проходные 1...3 для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей; подрезные 4 для обтачивания плоских торцовых поверхностей; расточные 5 и 6 для растачивания сквозных и глухих отверстий; отрезные 7 для разрезания заготовок; резьбовые для нарезания наружных 8 и внутренних резьб; фасонные круглые 9 и призматические 10 для обтачивания фасонных поверхностей; прорезные для обтачивания кольцевых канавок и др.

Рис. 4.3. Токарные резцы

По характеру обработки различают резцы черновые, получистовые и чистовые. По форме рабочей части резцы (рис. 4.3, а) делят на прямые 1, отогнутые 2, оттянутые 7. По направлению подачи резцы подразделяют на правые и левые (рис. 4.3, б). Правые работают с подачей справа налево, левые – слева направо. По способу изготовления различают резцы целые, с приваренной встык рабочей частью, с приваренной или припаянной пластинкой инструментального материала, со сменными пластинками режущего материала.

Для высокопроизводительного точения с большими подачами используют резцы с дополнительной режущей кромкой (см. рис. 4.3, б).

В промышленности применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками (рис. 4.3, г). Когда одна из режущих кромок выходит из строя вследствие затупления, открепляют механический прижим пластинки и устанавливают в рабочее положение следующую кромку.

Токарный прямой проходной резец (рис. 4.4) имеет головку – рабочую часть I и тело – стержень II, который служит для закрепления резца в резцедержателе. Головка резца образуется при заточке и имеет следующие элементы: переднюю поверхность 1, по которой сходит стружка; главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную заднюю поверхность 5, обращенную к обработанной по-

64

верхности заготовки; главную режущую кромку 3 и вспомогательную 6; вершину 4. Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям.

Основные операции точения

С помощью точения выполняют следующие основные операции:

1)Обтачивание – обработка наружных цилиндрических и конических поверхностей (рис. 4.5, а). Выполняется прямыми, отогнутыми или упорными проходными резцами с продольной подачей.

2)Растачивание – обработка внутренних поверхностей (рис. 4.5, б, в). Выполняется рас-

Рис. 4.4. Элементы токарного точными резцами, закрепленными в резцедер- прямого проходного резца жателе станка, с продольной подачей. Гладкие сквозные отверстия растачивают проходными резцами (см. рис. 4.5, б), ступенчатые и глухие отверстия – упорными рас-

точными резцами (см. рис. 4.5, в).

Рис. 4.5. Схемы обработки заготовок точением

3)Подрезание – обработка торцевых поверхностей (рис. 4.5, г). Выполняется перед обтачиванием наружных поверхностей. Торцы подрезают подрезными резцами с поперечной подачей к центру или от центра заготовки. При подрезании от центра к периферии поверхность торца получается менее шероховатой.

4)Резьбонарезание – нарезание резьбы (рис. 4.5, д). Резьбу нарезают

спродольной подачей резца Sпр. Форма режущих кромок резьбовых резцов

65

определяется профилем и размерами поперечного сечения нарезаемых резьб.

5) Резка – разрезание заготовок на части (рис. 4.5, е, ж). Выполняется отрезными резцами с поперечной подачей. При отрезке детали резцом с прямой главной режущей кромкой (см. рис. 4.5, е) разрушается образующаяся шейка и приходится дополнительно подрезать торец готовой детали. При отрезке детали резцом с наклонной режущей кромкой (см. рис. 4.5, ж) торец получается чистым.

Кроме того, к токарным операциям относятся протачивание канавок и обтачивание фасонных поверхностей заготовок фасонными резцами или с помощью фасонных копиров.

Режим резания

Основные задачи резания – обеспечить наибольшую производительность и требуемое качество поверхности детали при наименьшей себестоимости обработки. Таким образом, необходимо найти такие режимы резания, при которых сочетание всех факторов, влияющих на стоимость обработки, обеспечит наивыгоднейшие условия обработки конкретной заготовки. Такие режимы называют оптимальными.

Обязательные элементы режима резания при любом виде лезвийной обработки следующие: глубина резания t, скорость резания V, скорость подачи S.

Рассмотрим элементы режима резания при точении (рис. 4.6). 1. Глубина резания t (мм) –

толщина слоя материала, срезаемая за один рабочий ход резца.

Это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. При точении цилиндрической поверхности глубина резания равна полуразности диаметров до и после обработки (см. рис. 4.6): t=(D–d)/2. При подрезке канавок и отрезке глубина резания равна ши-

рине отрезного резца. Рекомендуется глубину резания назначать равной расчетному максимально возможному значению, способствующему получению поверхности требуемой формы и качества.

2. Скорость резания V (м/мин) – расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени.

Наибольшей скоростью при токарной обработке будет обладать точка с наибольшим радиусом цилиндрической или фасонной поверхности (на периферии заготовки). При частоте вращения заготовки n (об/мин) ско-

67

вершине резца (тангенциальная); Px – осевая составляющая силы резания, параллельная оси X главного вращательного движения резания; Py – радиальная составляющая силы резания, направленная по радиусу главного вращательного движения резания в вершине резца перпендикулярно к оси заготовки.

Наибольшее значение из всех трех компонентов имеет тангенциальная сила Pz, по которой могут быть определены крутящий момент на шпинделе станка и эффективная мощность резания (мощность, необходимая для осуществления процесса резания).

Компонент Pz можно считать совпадающим по направлению с вектором скорости главного движения резания в вершине резца V (рис. 4.8).

Силу Pz (Н), определяют по эмпирической формуле:

Pz Cp tx Sy Vn Kp ,

где Cp – коэффициент, учитывающий физикомеханические свойства материала обрабатываемой заготовки; Kp – коэффициент, учитывающий факторы, не вошедшие в формулу (углы резца, материал резца и т. д.). Значения коэффициентов Kp, Cp и показателей степеней x, y, n даны в справочниках для конкретных условий обработки.

2) Определяется эффективная мощность резания Ne (кВт). Это мощность, необходимая для вращения заготовки (она расходуется на деформирование и срезание с заготовки слоя металла). При точении цилиндрической поверхности

3) Должно выполняться условие

Nэл Ne ,

где Nэл – мощность электродвигателя станка; – КПД механизмов и передач станка.

То есть мощность электродвигателя станка должна быть больше или равна эффективной мощности резания с учетом потерь в приводе (КПД можно принять равным =0,75).

Если данное условие не выполняется, необходимо снизить число оборотов и скорость, подачу и глубину резания либо вести обработку на более мощном станке.

Нормирование токарной операции

Производительность обработки Q при резании определяется числом деталей, изготовляемых в единицу времени:

Q=1/Tшт,

где Tшт – время изготовления одной детали.

68

Tшт= To+ Tин+ Tвсп,

где To – основное (технологическое) время обработки, время, которое тратится непосредственно на обработку заготовки; Tин – время подвода и отвода инструмента при обработке одной детали; Tвсп – вспомогательное время установки и настройки инструмента.

Таким образом, производительность обработки резанием в первую очередь определяется основным временем To.

При токарной обработке основное технологическое время To определяется по формуле

где i – число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку; L – расчетная длина обработки за один проход; n

– число оборотов заготовки; S – подача резца за один оборот заготовки. Расчетная длина обработки будет равна (см. рис. 4.6):

L=l+l1+l2,

где l – длина обрабатываемой поверхности заготовки; l1 – длина врезки, l1

=t (ctg ) + (1...3) мм; l2 – длина выхода резца (перебег), l2 = (1...3) мм.

Наибольшая производительность будет при обработке с максимальной глубиной резания, максимальной подачей и максимальной скоростью резания. Однако при увеличении производительности снижается качество поверхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резанием решается задача по установлению максимально допустимой производительности при сохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

К конструкциям деталей, обрабатываемых точением, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность при обработке. Технологичной является конструкция детали:

–масса которой уравновешена относительно оси вращения;

–отсутствуют нежесткие валы и втулки;

–в чертеже детали используются одинаковые радиусы скруглений;

–режущий инструмент имеет свободный вход и выход из материала заготовки;

–отсутствуют фасонные поверхности, требующие изготовления фасонных резцов;

–диаметры ступеней ступенчатых валов располагаются по возрастающей степени;

–участки вала или отверстия, имеющие один и тот же размер, но разный допуск, разделены кольцевой разделительной канавкой.