3.1. ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Особенности технологической подготовки производства при обработке цветных металлов. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 96 7 8 9 > Следующая >>>

Полиуретановые эмали имеют красивый внешний вид, высокую твердость, высокую абразивоизнашиваемость, стойкость к действию пресной и морской воды, минеральных вод и др.

На кафедре «Компьютерно-интегрированные системы в машиностроении» ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» активно развивается следующее направление научной деятельности: прогрессивные технологии и оборудование машиностроительного производства; выбор, создание новых и адаптация интеллектуальных обучающих систем автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки и сборки; разработка методов и способов повышения качества обработки деталей из металлов [22 – 27].

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

3.1. ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

К механической обработке обычно относят все процессы обработки резанием: токарная обработка, фрезерование, строгание, сверление, пиление. Поскольку различных алюминиевых сплавов довольно много, то они могут иметь различные характеристики механической обрабатываемости.

Термин «обрабатываемость» включает все свойства, которые имеют отношение к процессу механической обработки:

 износ режущего инструмента;

 необходимая сила резания;

 форма стружки;

 качество поверхности после механической обработки.

Механическая обрабатываемость не является таким свойством материала, которое можно было бы определить одним характерным параметром. Она является комплексным технологическим термином. Обрабатываемость зависит как от физических и химических свойств алюминия или алюминиевого сплава, так и от производственного процесса, который применялся при изготовлении алюминиевого полуфабриката или изделия.

Кинематическое взаимодействие инструмента и детали является решающим критерием процесса механической обработки. Строго говоря, термин «обрабатываемость» должен определяться отдельно для каждого отдельного процесса механической обработки (токарной обработки, сверления и т.д.). Обычно из-за четко определенного взаимодействия инструментов и деталей термин «обрабатываемость» относят к процессу токарной обработки.

Каждая технология, которую применяют при механической обработке, зависит от нескольких независимых параметров:

 параметры резания и геометрия инструмента;

 применяемое оборудование;

 материал режущего инструмента.

Форма стружки является важным критерием механической обработки алюминия. Обычно стараются получить короткую цилиндрически свитую стружку, спирально свитую стружку или просто спиральную.

Различных типов алюминиевой стружки довольно много. При большом разнообразии алюминиевых сплавов они могут давать почти все известные формы стружки. Обычно соблюдается следующая закономерность: чем тверже и прочнее алюминиевый сплав, тем короче его стружка. Из нее вытекают следующие общие правила:

 Чистый алюминий и мягкие деформируемые алюминиевые дают очень длинную стружку, что вынуждает принимать специальные корректирующие меры, например, специальные приспособления для ломки стружки.

 Высокопрочные алюминиевые сплавы (например, AlMg5, AlMgSi1,0) не представляют никаких проблем по форме стружки;

 Доэвтектические литейные алюминиевые сплавы (AlSi8Cu3, AlSi10Mg и т.п.) дают короткую стружку кольцевой и спиральной формы, которая легко удаляется.

 Эвтектические литейные алюминиевые сплавы (AlSi12) склонны образовывать длинную стружку;

 Заэвтектические литейные алюминиевые сплавы всегда образуют короткую, фрагментированную стружку, которую часто трудно удалять.

Алюминиевые сплавы с улучшенной обрабатываемостью резанием содержат низкоплавкие мягкие металлы, которые способствуют образованию короткой стружки.

Обычно – это сплавы с добавками свинца или висмута. Одним из технологических параметров, которые влияют на форму стружки, является геометрия

зуба режущего инструмента. Так, при пониженном переднем угле образуются более короткая стружка в тех сплавах, для которых обычно характерна длинная стружка. Это происходит за счет сжатия стружки (рис. 3. 1).

В общем случае качество поверхности, которая образуется при механической обработке алюминия и алюминиевых сплавов, зависит от трех независимых параметров:

 Кинематическая шероховатость: теоретическая глубина шероховато-

сти (от дна до вершины), которую рассчитывают на основе относительного движения режущего инструмента и детали.

 Шероховатость механически обработанной поверхности: характерное

поведение материала при его механическом разделении, связанное с особенностями его микроструктуры;

 Внешние воздействия: такие параметры, как устойчивость системы,

состояние режущих кромок и т.п.; эти параметры особенно важны при механической обработке алюминия с большой скоростью резания.

В общем случае влияние материала на степень шероховатости поверхности детали после ее механической обработки, т.е. на качество механически обработанной поверхности, зависит от тех же факторов, что и форма стружки.

В отношении деформируемых алюминиевых сплавов эта закономерность выглядит так: чем выше прочность и твердость алюминиевого сплава, который подвергают механической обработке, тем более гладкую поверхность можно на нем получить.

Рис. 3.1. Сжатие стружки при большом и малом переднем угле зуба

Что касается литейных алюминиевых сплавов, то на их механически обработанную поверхность определенное влияние оказывает их микроструктура. Твердые частицы, которые внедрены в мягкую матрицу, могут вырываться с образованием грубой поверхности. Тем не менее, в целом, качество механически обработанной поверхности литейных сплавов также может считаться хорошей и часто очень хорошей.

Скорость резания является важным параметром механической обработки, который оказывает влияние на качество поверхности. Обычно величина шероховатости является обратно пропорциональной скорости резания. При низких скоростях резания шероховатость поверхности очень резко возрастает из-за повышенного налипания на режущей кромке. При механической обработке алюминия области низких скоростей резания, как правило, избегают. Налипание на режущую кромку – это явление, которое является типичным для алюминия. Оно состоит в повторяющемся налипании алюминиевых частиц на режущую кромку инструмента с последующим их срывом с кромки (рис. 3.2) [20].

Рис. 3.2. Налипание алюминия на режущую кромку при низкой скорости резания

3.2. ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

С точки зрения механической обрабатываемости алюминиевые сплавы подразделяют на следующие группы (в порядке повышения трудности механической обработки):

 Группа 1: Деформируемые алюминиевые сплавы с низкой прочно-

стью;

 Группа 2.1: Деформируемые алюминиевые сплавы повышенной проч-

ности;

 Группа 2.2: Алюминиевые сплавы для механической обработки;

 Группа 3.1: Алюминиево-кремниевые сплавы с содержанием кремния

до 10 %;

 Группа 3.2: Эвтектические алюминиево-кремниевые сплавы;

 Группа 3.3: Заэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы [5].

Влияние конструкции режущего инструмента на качество поверхности заключается в его способности образовывать «правильную» стружку. Важно, чтобы стружка могла гладко проходить режущую поверхность инструмента. Это значит, что передний угол зуба должен быть достаточно большой, смазка должна быть достаточной, а поверхность режущего инструмента достаточно гладкой. Хорошую гладкую поверхность нельзя получить при работе с изношенным режущим инструментом.

Основные факторы, которые влияют на качество поверхности при механической обработке алюминия, задают четыре отдельных области качества ме-

ханической обработки (рис. 3.3):

 Область I: Из-за налипания на режущую кромку качество поверхности

является неудовлетворительным; вместо резания материал подвергается разрывам. Этой области параметров нужно избегать.

 Область II: Снижение шероховатости с увеличением скорости

резания.

Рис. 3.3. Зависимость качества поверхности

и скорость резания при механической обработке алюминия

 Область III: Увеличение влияния инструмента и оборудования,

например, вибрации резца, в той области, которая, в принципе, благоприятна для механической обработки алюминия. Поэтому, чтобы добиться лучших результатов при этой скорости резания необходимо применять оборудование, которое разработано специально для алюминия.

 Область IV: Плохое качество поверхности. Стружка собирается на об-

рабатываемом материале и налипает (приваривается) к режущему инструменту, что приводит к повреждению обрабатываемой поверхности. Такое, например, происходит при механической обработке литейных сплавов при применении изношенного режущего инструмента и высоких скоростей резания.

Износа режущего инструмента с образованием царапин, как это характерно при механической обработке стали, не наблюдается при механической обработке алюминия и алюминиевых сплавов. Износ инструмента при механической обработке алюминия происходит за счет истирания режущей поверхности. Поэтому решающим критерием для оценки срока службы режущего инструмента объективно является ширина износа VB, показанная на рис. 3.4. Износ режущей поверхности зависит от температуры и происходит в основном путем истирания. При использовании инструмента с карбидными насадками максимальная величина 0,3…0,5 мм для величины износа VB считается нормальной.

Рис. 3.4. Износ режущей кромки

На износ режущего инструмента оказывают влияние как материал обрабатываемой детали, так и параметры резания.

Материал детали имеет особенно большое влияние на износ режущего инструмента:

 Износ увеличивается с увеличением количества крупных твердых ча-

стиц, которые внедрены в алюминиевую матрицу. Такими частицами являются, например, первичные выделения частиц кремния в заэвтектическом алюминиевом сплаве. По этой причине алюминиевые отливки вызывают сильный износ режущего инструмента. Этот износ особенно высокий в случае литейных заэвтектических поршневых алюминиевых сплавов. С другой стороны, деформируемые сплавы с низким содержанием кремния вызывают минимальный износ.

 Износ возрастает с увеличением прочности алюминиевых сплавов.

Твердые частицы, которые находятся в мягкой алюминиевой матрице, довольно легко из нее вырываются, не нанося большого вреда инструменту. Однако, если алюминиевая матрица имеет повышенную твердость, то включения вырываются уже труднее и поэтому причиняют инструменту больший износ.

 Наконец, износ инструмента зависит от сопротивления износу самого

инструмента.

Что касается условий резания, то скорость резания имеет самое большое влияние на срок службы режущего инструмента. На рисунке 5 представлен

пример зависимости срока службы режущего инструмента при механической обработке алюминиевых сплавов для литья в кокиль. В случае деформируемых алюминиевых сплавов срок службы режущего инструмента измеряется скорее в сменах или днях, чем в минутах, как для литейных сплавах с высоким содержанием кремния.

Поскольку износ режущего инструмента зависит также от других параметров механической обработки, то срок службы можно оценивать только для определенного набора параметров. Другими параметрами, которые влияют на износ режущего инструмента являются:

 Смазочно-охлаждающие эмульсии – эффективное охлаждение снижа-

ет износ инструмента.

 Прерывистость резания, например, при наличии в материале пор, по-

вышает износ инструмента.

 Скорость подачи и глубина резания. Износ инструмента увеличивает-

ся с увеличением толщины поперечного сечения стружки.

Для оценки влияния материала на условия резания применяют так называемое удельное усилие резания. Это удельное усилие резания имеет корреляцию с режущим усилием, материалом и размерами стружки. В общем случае применяются следующие положения:

 Различные алюминиевые сплавы имеют различия в удельных режу-

щих усилиях, но относительно небольшое.

 Обычно принимают, что удельное режущее усилие для алюминия и

алюминиевых сплавов составляет 30 % от такого усилия для стали.

 Величину удельного режущего усилия алюминиевого сплава нельзя

вывести из его химического состава или физических свойств.

 Удельное режущее усилие нужно определять экспериментально для

каждого отдельного случая.

Необходимое режущее усилие зависит не только от размеров стружки, но также от смазочно-охлаждающей эмульсии и конструкции режущего инструмента:

 Смазочно-охлаждающая эмульсия оказывает два противоположных

действия. С одной стороны, охлаждение снижает температуру в зоне реза и тем самым повышает величину требуемого режущего усилия. С другой стороны, смазка облегчает движение стружки и снижает величину требуемого усилия резания.

 Геометрия режущего инструмента влияет на усилие резания через

передний угол зуба γ. Чем больше этот угол, тем меньше сжатие стружки и ниже усилие резания .

 Степень износа режущей кромки имеет относительно большое влия-

ние. Поэтому в ходе длительной механической обработки величина режущего усилия возрастает.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 96 7 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]