РЕЗАНИЕ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА РЕЗАНИЕМ

ВОПРОС 1. Обработка резанием. Сущность метода.

Обработка резанием — это технологический процесс изменения размеров, формы и качества поверхности заготовки путём снятия с неё слоя материала в виде стружки. Сущность метода заключается в разрушении поверхностного слоя заготовки лезвием режущего инструмента, который имеет строго определённую геометрию. При относительном движении инструмента и заготовки возникает сила резания, превышающая силы сцепления между частицами материала, в результате чего происходит пластическая деформация и скалывание элементарных объёмов, превращающихся в стружку. Основными параметрами процесса являются скорость резания, подача и глубина резания. Цель обработки резанием — достижение заданной точности размеров (от 0,01 до 0,001 мм) и требуемой чистоты поверхности, которую невозможно получить при литье, ковке или штамповке. Существует множество видов обработки: точение, фрезерование, сверление, шлифование, растачивание, развёртывание и другие. Каждый вид реализуется на соответствующем оборудовании с использованием специфического инструмента.

ВОПРОС 2. Шероховатость поверхности.

Шероховатость поверхности — это совокупность микронеровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная на базовой длине. Она представляет собой микрорельеф, который образуется на обработанной поверхности в результате воздействия режущего инструмента. Количественно шероховатость оценивается несколькими параметрами, основным из которых является среднее арифметическое отклонение профиля Ra (мкм). Стандартом установлено 14 классов шероховатости: от самого грубого (1-й класс, Rz до 320 мкм) до наивысшего (14-й класс, Ra до 0,01 мкм). Величина шероховатости напрямую зависит от режимов резания (скорости, подачи), геометрии инструмента, свойств обрабатываемого материала и жёсткости технологической системы. Шероховатость влияет на эксплуатационные свойства деталей: износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость, плотность соединений. Для грубых поверхностей характерны высокие параметры шероховатости (Ra 40–80 мкм), чистовые методы позволяют получать низкую шероховатость (Ra 0,04– 0,32 мкм), а суперфиниш и полирование обеспечивают зеркальную поверхность (Ra до 0,01 мкм).

ВОПРОС 3. Инструментальные материалы для обработки резанием.

Инструментальные материалы должны обладать высокой твёрдостью, теплостойкостью, износостойкостью и прочностью. К основным типам относятся:

— Углеродистые инструментальные стали (У7–У13): применяются для ручного инструмента, работающего при низких скоростях резания (до 200°С).

—Быстрорежущие стали (Р6М5, Р18): самый распространённый материал для свёрл, фрез, метчиков, теплостойкость до 600–650°С.

—Твёрдые сплавы (ВК, ТК, ТТК): значительно твёрже и теплостойкие (до 1000°С), работают при высоких скоростях резания, но хрупки.

—Минералокерамика (на основе Al2O3): теплостойкость до 1200°С, высокая твёрдость, но ещё большая хрупкость. Применяется для чистового точения чугуна и закалённых сталей.

—Сверхтвёрдые материалы (кубический нитрид бора — эльбор, композит, синтетические алмазы): используются для обработки труднообрабатываемых, закалённых сталей, чугуна, алюминиевых сплавов, керамики. Алмаз теплостоек до 800°С, эльбор — до 1500°С.

ВОПРОС 4. Классификация металлорежущих станков.

Металлорежущие станки классифицируются по нескольким признакам. По технологическому назначению (виду обработки) выделяют: токарные, фрезерные, сверлильные, шлифовальные, зубообрабатывающие и др. По степени универсальности: универсальные, широкоуниверсальные, специализированные и специальные. По точности: нормальной (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А) и сверхточные (С). По степени автоматизации: станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы, станки с ЧПУ и обрабатывающие центры. В России принята единая классификация по группам и типам: каждая модель имеет четырёхзначный номер, где первая цифра — группа (1 — токарная, 2 — сверлильно-расточная, 3 — шлифовальная, 5 — зубообрабатывающая, 6 — фрезерная), вторая — подгруппа (тип станка), последние две — размерные характеристики. Например, 16К20 — токарно-винторезный станок (группа 1, тип 6), высота центров 200 мм.

ВОПРОС 5. Обработка на станках сверлильно-расточной группы. Применяемый инструмент.

Станки сверлильно-расточной группы предназначены для получения отверстий, а также для чистовой обработки уже имеющихся отверстий. Основные типы: вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, горизонтально-расточные, координатно-расточные. Главное движение — вращение инструмента, движение подачи — поступательное перемещение инструмента. Применяемый инструмент:

—Спиральные свёрла: основной инструмент для получения отверстий из сплошного материала.

—Зенкеры: для предварительной обработки отверстий (повышают точность и снижают шероховатость).

—Зенковки: для обработки конических и цилиндрических углублений под головки винтов и заклёпок.

—Развёртки: многолезвийный инструмент для окончательной обработки отверстий с высокой точностью (квалитет 7–9) и низкой шероховатостью.

—Расточные резцы: для расточки уже имеющихся отверстий на расточных станках.

— Метчики: для нарезания внутренней резьбы.

Сверлильно-расточная группа обеспечивает получение отверстий от долей миллиметра до 1 метра с точностью до 0,005 мм.

ВОПРОС 6. Обработка на станках токарной группы. Применяемый инструмент.

Токарная группа станков предназначена для обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения, нарезания резьб, торцевания, отрезки, сверления, зенкерования, развёртывания. Главное движение — вращение заготовки, движение подачи — поступательное перемещение инструмента. К токарной группе относятся: токарно-винторезные, токарноревольверные, токарные автоматы и полуавтоматы, станки с ЧПУ, карусельные станки. Применяемый инструмент:

— Токарные резцы: однолезвийный инструмент, классифицируется по назначению (проходные — для точения цилиндрических поверхностей, подрезные — для обработки торцов, расточные — для отверстий, отрезные, резьбовые, фасонные). По материалу режущей части резцы бывают из быстрорежущей стали, с твёрдосплавными пластинами, из минералокерамики и эльбора.

В токарно-револьверных станках применяется набор инструментов в револьверной головке (сверла, зенкеры, развёртки, резцы, метчики, плашки). Токарная обработка позволяет достигать точности 6–8 квалитета и шероховатости Ra 1,25–0,63 мкм.

ВОПРОС 7. Обработка на станках фрезерной группы. Применяемый инструмент.

Фрезерование — это высокопроизводительный и наиболее распространенный метод обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом — фрезой. Главное движение при фрезеровании — вращение фрезы, движение подачи — поступательное перемещение заготовки (иногда вращательное движение заготовки или стола). Процесс резания периодический и прерывистый: каждый зуб фрезы режет материал только на определенном угле поворота, остальное время вращается вхолостую, причем врезание зуба сопровождается ударами. По направлению подачи различают встречное фрезерование (против подачи), при котором нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, сила стремится оторвать заготовку от стола, вызывая вибрации и повышенную шероховатость, но фреза подходит к упрочненному слою снизу («изподкорки»), а недостатком является начальное скольжение зуба, ведущее к повышенному износу фрезы; и попутное фрезерование (по направлению подачи), при котором зуб сразу срезает слой максимальной толщины, отсутствует начальное проскальзывание, что уменьшает износ фрезы и улучшает качество поверхности, а сила прижимает заготовку к столу, снижая вибрации.

Основные типы фрез: цилиндрические (зубья только на цилиндрической поверхности), торцевые (зубья на торце и цилиндрической поверхности), концевые (для плоскостей, уступов, пазов, криволинейных контуров), дисковые двухсторонние и трехсторонние (для уступов, лысок, пазов), прорезные (шлицевые) и отрезные (для резки тонких заготовок, труб, прорезания шлицев), угловые (для стружечных канавок инструментов и пазов «ласточкин хвост»), фасонные (для стандартных фасонных поверхностей),

ВОПРОС 8. Обработка на станках шлифовальной группы. Применяемый инструмент.

Шлифование — это процесс резания, при котором режущим инструментом служит абразивный инструмент (шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски, шлифовальная шкурка), а процесс резания осуществляется множеством абразивных зерен, расположенных беспорядочно и имеющих малые размеры, причем их количество велико. Скорость резания очень высокая — от 30 до 125 м/с, а процесс резания каждым зерном происходит почти мгновенно, при этом каждое зерно срезает очень тонкую стружку, благодаря чему обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов зерен и имеет малую шероховатость. Основные схемы шлифования: плоское шлифование (обработка плоской поверхности возвратно-поступательным движением заготовки — продольная подача, поперечная подача периодически при крайних положениях заготовки, периодически вертикальная подача на глубину резания; может осуществляться периферией или торцом шлифовального круга); круглое шлифование (обработка наружных цилиндрических поверхностей, заготовка вращается — круговая подача, продольная подача — возвратнопоступательное перемещение заготовки, подача на глубину резания при крайних положениях заготовки); а также внутреннее шлифование (обработка внутренних цилиндрических поверхностей — отверстий).

Применяемый инструмент включает шлифовальные круги (основной инструмент), шлифовальные головки, отрезные круги, шлифовальные сегменты, абразивные бруски, шлифовальную шкурку (абразивный инструмент на гибкой основе).

ВОПРОС 9. Обработка на станках зубообрабатывающей группы. Применяемый инструмент.

Главная задача зубообрабатывающих станков — сделать зубья шестерен максимально точными и одинаковыми. Проблема в том, что просто обточить деталь резцом тут не получится, потому что зуб имеет сложную криволинейную форму (чаще всего это эвольвента — плавная кривая, похожая на разворачивающуюся спираль). Поэтому в промышленности используют два принципиально разных подхода: метод копирования и метод обкатки (огибания).Метод копирования — самый простой и старый. Его суть заключается в том, что режущий инструмент (фреза) имеет точно такую же форму, как и впадина между зубьями будущей шестерни. Работает это так:

заготовка неподвижно закреплена, а фреза врезается в неё и вырезает одну впадину. Затем заготовка с помощью специальной делительной головки автоматически поворачивается на один зуб, и процесс повторяется снова. Недостатков у этого метода много. Во-первых, он медленный, так как каждый зуб обрабатывается отдельно. Во-вторых, он неточный — погрешность от предыдущего зуба накапливается, и последние зубья могут быть расположены уже не совсем равномерно. В-третьих, для каждого размера шестерни нужна своя уникальная фреза. Поэтому метод копирования сегодня используется редко, в основном в мелких мастерских или для черновой обработки неответственных деталей.

Метод обкатки (огибания) — это основной, современный и самый точный способ, который используется повсеместно на крупных заводах. Его идея гениальна: режущему инструменту и заготовке принудительно задают такое движение, как будто они уже являются готовой парой шестерен, сцепленных друг с другом. Инструмент как бы «обкатывает» заготовку, и в результате этого относительного движения он срезает лишний металл, формируя зубья идеальной формы. Самый распространенный вариант обкатки — нарезание червячной фрезой. Инструмент здесь похож на червяка или шнек мясорубки с продольными канавками. Фреза быстро вращается (это главное движение), а заготовка медленно вращается навстречу ей, причем их вращения строго синхронизированы: за один оборот фрезы заготовка поворачивается ровно на один зуб.. Процесс идет непрерывно, каждый режущий зуб фрезы снимает микроскопическую стружку, и в итоге получается идеальный эвольвентный профиль без каких-либо накопленных ошибок. Этот метод очень быстр и точен, и одна и та же фреза может нарезать шестерни разного размера, просто меняя настройки станка.

ВОПРОС 10. Методы отделочной обработки поверхностей заготовок со снятием стружки.

Отделочная обработка со снятием стружки применяется для достижения высокой точности (IT1–IT5) и очень низкой шероховатости (Ra 0,32–0,01 мкм и ниже), которые невозможно получить обычными методами резания.Тонкое обтачивание - это когда берут. Обычный резец, но очень сильно заостренный и срезают им микроскопический слой материала на огромной скорости, делается для того чтобы поверхность стала гладкой и точной.тонкое шлифованиеобычное шлифование но мелкозернистым кругом на высокой скорости и с обильной смазкой, делается для того чтобы убрать мелкие царапины и получить ровную поверхность.Полирование это натираете детали мягкими кругами или лентами с пастой.Абразивная отделкаэто когда на поверхность подается жидкость с абразивным песком.Для обработки сложным поверхностей куда не подлезть кругом или резцом.Хонингованиеэто когда внутри отверстия вращается и ходит вверхниз специальная головка с алмазными брусками которые раскрываются и аккуратно протирают стенки.Для того чтобы идеально точно довести внутренние поверхности цилиндров.

ВОПРОС 11. Методы отделочной обработки поверхностей заготовок без снятия стружки.

Методы обработки без снятия стружки применяют по предварительно обработанным поверхностям с целью повышения эксплуатационных свойств заготовки

1.Обкатывание и раскатывание поверхностей. Сущность методов состоит

втом, что в результате давления, создаваемого инструментом (ролики, шарики), осуществляется поверхностное упрочнение заготовки.

2.2. Алмазное выглаживание. Применяется для достижения малой шероховатости и поверхностного упрочнения поверхности путем воздействия на нее алмазным невращяющимся инструментом закрепляемым в резцедержателе токарного станка.

3.Калибровка отверстий. Применяется для повышения точности и качеств поверхности отверстий за счет перемещения в них выполненного с натягом жесткого инструмента

Накатывание резьб, шлицевых валов и зубчатых колес. Применяется для изготовления данных элементов методом пластического деформирования заготовки 2 при помощи подвижной 3 и неподвижной 1 плашек (рис. 5.25, а), имеющих профиль накатываемой резьбы, либо с использованием подвижного 5 и неподвижного 4 роликов (рис. 5.25, б).