Технология конструкционных материалов. Способы получения деталей (за

Для резки токопроводящих материалов большой толщины с целью увеличения эффективной тепловой мощности используют плазменную дугу, совмещенную с плазменной струей. Этим способом разрезают толстые листы алюминия и его сплавов (до 80…120 мм), высоколегированную сталь и медные сплавы. Скорость резки плазменной дугой при прочих равных условиях выше скорости резки плазменной струей. Плазменную резку можно проводить вручную; однако чаще всего применяют автоматизированные устройства, а для резки по сложному контуру системы с ЧПУ.

Большое распространение получает лазерная резка, которая обеспечивает малую зону нагрева (0,1…0,2 мм), незначительные ширину реза (0,2…0,8 мм), шероховатость (Rz 20…35 мкм) и практически неокисленные кромки.

По сравнению с механическими методами лазерное разделение обеспечивает высокую производительность при раскрое материала как по простому, так и по сложному контуру, причем при этом не происходит изнашивание инструмента. Применение лазерного излучения обеспечивает высокие точность и чистоту реза.

Лазерная резка очень высокопроизводительный процесс, позволяющий получать резы различной конфигурации как при отрезке заготовок, так и при вырезке их по замкнутому контуру. Современные лазерные установки для резки снабжены системами перемещения заготовок с ЧПУ или управляемыми ЭВМ.

Лазерная резка материалов может быть основана на различных процессах, а именно: испарении материала, плавлении с удалением расплава из зоны обработки и на химических реакциях, например горении или термодеструкции.

141

При лазерной резке в режиме испарения материал нагревается до температуры кипения, а его удаление происходит под давлением, возникающим в парокапельной фазе.

Способ эффективен при разделении неметаллов, а также металлических материалов малых толщин. Его осуществляют в основном с помощью твердотельных импульсных лазеров. Например, при разделении труднообрабатываемых материалов, таких как алюминий, керамика, композитные материалы, применение твердотельного лазера существенно повышает эффективность по сравнению с резкой этих материалов в режиме плавления и удаления расплава СО2-лазером мощностью до 5 кВт.

Резку в режиме плавления материала и удаления расплава осуществляют с использованием вспомогательного газа (в основномкислорода) иназывают газолазернойрезкой(ГЛР).

Многие металлы, такие как мало- и среднеуглеродистые стали, титан и его сплавы, могут воспламеняться и гореть в среде кислорода при температуре поверхности ниже точки плавления, а некоторые неметаллы (пластики, минералы) в газовых средах при нагревании могут претерпевать необратимые изменения химического состава, приводящие к развитию экзотермических реакций. Это способствует выделению дополнительной тепловой энергии, что приводит к возможности применения менее мощных лазеров и, соответственно, к снижению стоимости обработки. Газовая струя удаляет расплав из зоны резки.

142

VI. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК РЕЗАНИЕМ

Обработка металлов резанием процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки 1 слоя металла (припуска) в виде стружки с целью получения готовой детали 2 необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей. В зависимости от материала, формы и размеров обрабатываемой детали, а также характера производства металлическими заготовками могут быть: отливки из чугуна, стали и цветных сплавов; поковки и штамповки из стали и цветных сплавов; сортовой прокат из стали и цветных сплавов.

1

2

Рис. 72. Эскиз детали с припусками на обработку

На рис. 72 показаны ступенчатый валик 2 (деталь) и его цилиндрическая заготовка 1 (штриховая линия) с припуском на обработку (заштрихован). Припуск это весь слой металла, снимаемый с заготовки при обработке резанием.

1.Рабочие, установочные и вспомогательные движения

вметаллорежущих станках

Виды движений в металлорежущих станках. Для об-

работки резанием (точения, сверления, фрезерования и др.) заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные движения.

143

Рабочие движения предназначены для снятия стружки. Установочные движения рабочих органов станка, с помощью которых инструмент по отношению к заготовке

занимает положение, позволяющее снимать с нее определенный слой материала.

Вспомогательные движения рабочих органов станка, не имеющие прямого отношения к резанию (быстрые, т.е. холостые перемещения рабочих органов станка, транспортирование заготовок и др.).

Главное движение и движение подачи. Рабочие дви-

жения – это главное движение и движение подачи. С помощью главного движения осуществляется снятие стружки, а движение подачи дает возможность снимать стружку по всей длине заготовки.

В металлорежущих станках главное движение чаще всего бывает вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные станки) или прямолинейным (возвратнопоступательным строгальные и долбежные станки) и сообщаться заготовке (станки токарной группы, продольнострогальные станки) или режущему инструменту (фрезерные, сверлильные, поперечно-строгальные станки).

В зависимости от направления подача может быть продольной (Sпр); поперечной (Sп); наклонной, тангенциальной, круговой и др.

2. Основные способы обработки резанием

Точение (рис. 73, а). Главным движением со скоростью V является вращение заготовки 2 вокруг оси, а движением подачи S поступательное перемещение инструмента 1 (резца) относительно заготовки (вдоль ее оси, перпендикулярно или под углом к ней).

144

Сверление (рис. 73, б). При обработке отверстий на сверлильных станках главным движением V является вращение инструмента 1, а движением подачи S перемещение инструмента вдоль своей оси.

Рис. 73. Схемы основных методов обработки резанием

Фрезерование (рис. 73, в). При фрезеровании главным движением V является вращение инструмента фрезы 1, а движением подачи S поступательное перемещение заготовки 2 или фрезы 1.

Строгание (рис. 73, г). Главное движение V при строгании – возвратно-поступательное перемещение резца 1 у по- перечно-строгальных станков или заготовки 2 в продольнострогальных. Движением подачи S является периодическое перемещение заготовки или резца.

Протягивание (рис. 73, д) осуществляют с помощью инструмента протяжки 1, имеющей на рабочей части зубья, высота которых равномерно увеличивается вдоль протяжки. Главное движение V продольное перемещение инструмента протяжки 1 через заготовку 2, движение подачи S отсутствует.

145

Шлифование (рис. 73, е, ж). При шлифовании главным движением V является вращение шлифовального круга 1. Движение подачи S обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании это вращение заготовки 2 (Vз продольное перемещение ее относительно шлифовального круга) и периодическое перемещение шлифовальногокругаотносительно заготовки.

3. Основные части и элементы токарного резца, его геометрические параметры

Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и секущие плоскости. На обрабатываемой заготов-

ке различают поверхности (рис. 74, а, б): обрабатываемую 1; обработанную 2 и поверхность резания 3, образующуюся непосредственно режущей кромкой 6 и являющуюся переходной от обрабатываемой поверхности к обработанной.

Рис. 74. Поверхностинаобрабатываемойзаготовке, координатные плоскости (а), части и элементы токарного проходного резца (б)

и углы резца (в, г, д)

146

Для определения углов резца установлены следующие координатные и секущие плоскости.

Плоскость резания 4 это плоскость, касательная к поверхности резания 3 и проходящая через главную режущую кромку резца 6 (см. рис. 74, б).

Основная плоскость 5 плоскость, параллельная направлению продольной и поперечной подач Sпр, Sп (см. рис. 74, а).

Главная секущая плоскость N N плоскость, перпенди-

кулярная к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (рис. 74, в).

Основные части и элементы резца. Резец (см. рис. 74, б)

состоит из рабочей части или головки II и стержня I, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части резца различают поверхности: переднюю 1, по которой сходит стружка; главную заднюю 5, обращенную к поверхности резания, и вспомогательную заднюю 4, обращенную к обработанной поверхности заготовки. Пересечения передней и задних поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 6, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3 вспомогательной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образуют вершину резца 2.

Геометрические параметры режущей части резца.

На рис. 74, в (вид резца сверху) показаны следы плоскости резания А А, главной секущей плоскости N N, вспомогательной секущей плоскости N1 N1 и сечения резца этими плоскостями. Углы резца, измеренные в главной секущей плоскости, называются главными, а измеренные во вспомогательной секущей плоскости вспомогательными.

К главным углам резца относятся: главный задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания.

147

Главный задний угол угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Главный передний угол угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания (рис. 74, г).

Угол заострения угол между передней и главной задней поверхностями резца (см. рис. 74, в).

Угол резания угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Между главными углами резца существуют соотношения (см. рис. 74, в): α β γ 90 , α β δ и, следовательно,

δ γ 90 . Углы вплане измеряютсяв основнойплоскости.

Главный угол в плане угол между проекцией главной режущейкромкинаосновнуюплоскостьинаправлениемподачиS.

Вспомогательный угол в плане 1 угол между проек-

цией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением S1, обратным направлению подачи.

Угол при вершине в плане угол между проекциями

обеих режущих кромок на основную плоскость,

ε 180 1 .

Углом наклона главной режущей кромки называют угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 74, д). Он измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Угол считают положительным, если вершина резца является наиболее низкой точкой главной режущей кромки, отрицательным, если вершина резца занимает наиболее высокое положение на режущей кромке, и равным нулю, если главная режущая кромка параллельна основной плоскости. От угла зависит направление отвода стружки.

148

Влияние углов резца на резание. Углы режущей части резца влияют на процесс резания.

Главный задний угол уменьшает трение задней поверхности резца о поверхность резания. Угол обычно выбирают в пределах 6…12 .

Передний угол определяет стойкость резца. С его увеличением облегчается врезание резца в заготовку, уменьшаются деформация срезаемого слоя, силы резания и затрата мощности. Но увеличение переднего угла уменьшает угол заостренияи, следовательно, ослабляет режущую часть резца, ухудшает отвод тепла. При обработке твердых и хрупких материалов применяют резцы с небольшими и даже отрицательными передними углами, при обработке мягких и пластичных материалов резцы с бóльшими передними углами. Чаще используют резцы с передними углами от 10 до +20 .

Главный угол в плане влияет на стойкость резца и шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением в определенных пределах угла стойкость резца возрастает, шероховатость обработанной поверхности уменьшается. Чаще его выбирают в пределах 30…90 .

4. Элементы режима резания и сечение срезаемого слоя

Элементы режима резания. Основные элементы ре-

жима резания: глубина резания, скорость резания и подача. Глубиной резания t, мм, называют толщину слоя метал-

ла, снимаемого за один проход инструмента. При продольном точении цилиндрической поверхности (рис. 75, б)

t D d , 2

где D диаметр заготовки, мм;

d диаметр обработанной поверхности, мм.

149