Методическое пособие 660

Для ее осуществления, материал предварительно нагревается до температуры, превосходящую его рекристаллизацию, а затем ему придают нужную форму.

Для этого используют самые простые инструменты: ручной молот или молоток. Степень нагревания материала зависит от его свойств: насколько в нем много углерода.

Чем меньше это значение, тем выше должна быть рабочая температура.

Подобная механическая отделка разных типов металлов считается достаточно эффективной, поскольку дает возможность создавать сплошные детали высокой прочности, не теряя при этом природных свойств материала.

Существует и более совершенный – механический способ горячей обработки.

Вэтом случае материал также разогревается до нужной температуры, но воздействие проводится с помощью специального устройства.

Механическая ковка может быть свободной, либо производиться с помощью кузнечного штампа.

Впервом случае воздействие на металлическое покрытие происходит с помощью наковальни и молотка, которым воздействуют на металл.

И молот, и пресс – механические устройства, но первое придает заготовкам нужную форму ударами, а второе –

спомощью давления.

Устройство-молот может быть паровым, паровоздушным, падающим с фрикционным диском или пружинным.

Пресс может быть гидравлическим, парогидравлическим, винтовым, фрикционным, эксцентриковым, кривошипным или пружинным.

Механическая обработка металлов молотом используется реже, поскольку она очень шумная и менее эффективная и используется только на крупных производствах.

30

Помимо горячего воздействия, бывает также холодное — оно применяется чаще, поскольку способно придать заготовкам из цветных и черных металлов нужную форму, при это не влияя на ее физические характеристики.

В отличие от горячего воздействия, при холодном способе нагревать поверхность не нужно – вся работа производится при комнатной температуре.

Холодный способ воздействия называют штамповкой, она делится на разные виды. Штамповка может быть одно или многооперационной в зависимости от функций конкретного устройства.

Работа с материалом может проводиться как с сохранением сплошного покрытия, так и с его разделением – это тоже зависит от типа устройства, с помощью которого заготовке придается нужная форма.

Наиболее популярные виды холодного воздействия прессом следующие: воздействие с помощью гибки, вытягивания, обжатия, формования, выпучивания или разбортовывания.

Гибка позволяет изменить осевую форму детали, ее делают с помощью специальных тисков, которые устанавливают на гибочные штампы и прессы.

Спомощью вытягивания можно сделать детали сложных форм. Для этого вида работ необходим давильный станок.

Спомощью обжатия поперечное сечение полой детали уменьшается, а формование позволяет превратить заготовку в деталь, имеющую пространственную форму.

Для этого вида обработки требуются вытяжные или специальные формовочные штампы.

При выпучивании заготовка так же приобретает вид пространственной формы, а при разбортовывании на детали создаются бортики и прочие дополненные элементы.

31

Резание. Механическая обработка разных типов металлов путем резки также требует специального оборудования. Это более сложный процесс, поэтому и виды станков здесь используются более сложные.

Для цветных металлов, устойчивых к внешнему воздействию и сложно поддающихся деформации, чаще всего для обработки используют специальный лазер, либо метод плазменный обработки, который после появления лазера стал менее актуален.

Сегодня механическая обработка металла на станках

илиниях производится с помощью волоконного лазера, который состоит из резонатора, световода и специального накачивающего модуля.

Лазерный луч при этом способе воздействия попадает на поверхность металла через специальный световод, сохраняющий энергию луча, за счет чего мощность устройства оказывается достаточной для качественной резки цветных металлов.

Сволоконным лазером довольно просто работать – он автоматизирован и отличается высокими качественными характеристиками: помимо резки, обеспечивает охлаждение изделия, а также способен выдерживать высокие мощности

итемпературы.

Существуют следующие виды обработки металла путем резки: обточка, сверление, фрезерование, строгание и шлифование.

При обточке материала его изменения минимальны, поскольку эта процедура производится в тех случаях, когда размер заготовки практически соответствует конечному размеру детали.

Сделать обточку можно на оборудовании разного типа: для этого может подойти токарный, сверлильный, шлифовальный и другие виды станков.

32

Обточку детали чаще всего делают на токарном станке с помощью специального резца, который эффективно снимает лишний слой металла и приводит заготовку к нужному размеру.

Спомощью сверления можно сделать в заготовках нужные отверстия, тем самым изменив их форму.

Для этого типа обработки подойдет любое оборудование, имеющее сверло и тиски: между ними нужно установить заготовку, сверло будет находить на нее поступательно, и в результате мы получим отверстие нужного нам размера и формы.

Спомощью фрезерования форма детали также изменяется. Это довольно сложный вид обработки, требующий наличия специального оборудования — горизонтальнофрезерного станка.

Обработка заготовки выполняется с помощью фрезы, которая есть на этом устройстве.

Фреза воздействует на заготовку под углом, при этом сама деталь не двигается – до начала работы ее нужно четко зафиксировать на поверхности оборудования.

Строгальный метод работы заключается в воздействии на заготовку резца. Для этого процесса требуется специальный строгальный станок, т.к. только он оснащен нужным инструментом.

Это сложный способ обработки цветных металлов, т.к. он требует расчетов холостых и рабочих ходов для правильного выполнения работы.

Последний способ работ с металлом – шлифовальный. Это довольно простой метод, который часто можно выполнить своими руками, если шлифовальный круг есть в наличии.

Для профессиональной же обработки используются специальные шлифовальные станки.

33

Работа с заготовками из цветных металлов происходит за счет вращательных движений с прямолинейной и круговой подачей.

Этот способ воздействия используется для получения деталей, имеющих цилиндрическую форму.

Если же обработке подвергается плоская заготовка, то направление подачи может быть только прямым.

3.2. Роль механической обработки в формировании изделий

Машиностроение в промышленно-развитых странах занимает от 35 до 55% общего промышленного производства. Причём эти 35-55% промышленного производства обеспечивает 10% трудоспособного населения, занятого в промышленности, в то время как в России это соотношение 20% к 30% соответственно.

Удельный вес металлорежущих станков в настоящее время в общем парке металлообрабатывающего оборудования составляет около 80%. И в различных отраслях промышленности постоянно возникает необходимость применения новых высокопрочных материалов, обладающих особыми физико-механическими, химическими и теплофизическими свойствами. Обрабатываемость резанием этих материалов в десятки раз ниже обрабатываемости обычных (традиционных) конструкционных сталей и сплавов.

При этом особое место в парке металлорежущего оборудования составляют специальные станки, предназначенные для изготовления, так называемых, командных, определяющих деталей и сборочных единиц сложной пространственной формы. Проектируется такое оборудование по специальному техническому заданию станкостроительными предприятиями.

34

3.3.Основные методы обработки резанием

Взависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 7).

Рис. 7. Методы обработки металлов резанием

35

Точение — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 7(1)) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка (рис. 7(2)).

Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом является сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 7(3)).

Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгательных станках (рис. 7(4)).

Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 7(5)).

Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными

36

кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 7(6)) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 7(7)).

Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 7(8)).

3.4. Физические основы обработки металлов резанием

Резание металлов – это сложный процесс физико-

химического взаимодействия режущего инструмента, заготовки и окружающей среды. Упрощенно процесс ре-

зания можно представить в виде схемы, показанной на рис. 8. На режущем лезвии реального резца можно различить округление лезвия ВС и площадку износа АВ, поэтому реальной передней поверхностью будет поверхность BCF, а реальной задней поверхностью – GAB. В начальный момент режущее лезвие инструмента вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые затем переходят в пластические.

В плоскости, перпендикулярной траектории перемещения резца, возникают нормальные напряжения σ, а в плоскости, совпадающей с траекторией перемещения резца, – касательные напряжения τ. В оконечности пе-

редней поверхности (точка В) касательные напряжения τ наибольшие и уменьшаются по мере удаления от точки В. Нормальные напряжения σ вначале действуют как растягивающие (+σ), а затем быстро уменьшаются до нуля и пере-

37

ходят в напряжения сжатия (−σ). Срезаемый слой металла пластически деформируется.

Рост пластических деформаций приводит к де-

формации сдвига, т. е. смещению частей кристалла относительно друг друга. Деформации происходят в зоне BDEC, называемой зоной стружкообразования.

Рис. 8. Схема процесса резания:

V – движение резания; BCF – передняя поверхность; GAB – задняя поверхность; BD – плоскость скалывания; BDEC – зона стружкообразования; ОО – плоскость сдвига; О1О1 – направление осей деформированных кристаллов; h – упругое восстановление обработанной поверхности; t – глубина резания; σ, τ – нормальные и касательные напряжения соот-

ветственно

В плоскости СЕ происходит разрушение кристаллов (скалывание отдельных элементарных объемов металла) и образуется сегмент стружки. Далее процесс повторяется. Условно считают, что деформации сдвига происходят в плоскости ОО, называемой плоскостью сдвига. Она располагается под углом 30° к направлению движения резца.

38

Срезанный сегмент стружки претерпевает дополнительную деформацию вследствие трения о переднюю поверхность и завивается в спираль. Структура металла в зоне BDEC отличается от структуры нижележащих слоев основного металла. (На рис. 8 недеформированные слои условно показаны в виде окружностей, по мере деформации окружности сплющиваются и большая ось получившихся овалов располагается под углом к линии ОО). Характер деформаций срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств обрабатываемого металла, геометрии режущего инструмента, условий обработки, режимов резания и т. д.

При резании с малыми скоростями и большими величинами подачи и глубины резания стружка имеет ярко выраженные плоскости сдвига и сегменты (стружка скалывания). При резании с большими скоростями и малыми величинами подачи и глубины резания стружка имеет вид сплошной ленты: прирезцовая сторона гладкая, на внешней стороне видны небольшие пилообразные зазубрины (сливная стружка).

Такая стружка может травмировать оператора (токаря), ее сложно убирать со станка, сложно транспортировать в отделение переработки стружки, поэтому необходимо применять специальные устройства для ее дробления (например, стружколомные канавки на передней поверхности резца). При обработке хрупких материалов пластическая деформация практически отсутствует; стружка имеет вид отдельных, не связанных друг с другом сегментов (стружка надлома).

По мере прохождения режущего инструмента обработанная поверхность, вследствие воздействий упругих и пластических деформаций, упруго восстанавливается на величину h и структура поверхностных слоев отличается от структуры сердцевины. Твердость поверхностного слоя бу-

39