Аксенов А. А. Технология конструкционных материалов

100

получают деталь. Таким методом получают заклепки, болты, винты, гвозди, шарики, ролики, гайки, звездочки, накидные гайки и т.п.

Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании за-

готовке формы детали путем заполнения полости штампа металлом заготовки и производится аналогично горячей объемной штамповке. Данный метод требует значительных удельных сил, поэтому для облегчения процесса деформирования оформление детали обычно разделяют на переходы, между которыми заготовку подвергают рекристаллизационному отжигу. Этим способом можно изготовлять пространственные детали сложных форм.

Холодная листовая штамповка. Это получение плоских и пространственных полых деталей при штамповке заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, полоса, лента), без предварительного нагрева. Она является одним из прогрессивных технологических процессов и получила широкое применение в машиностроении и приборостроении. Это объясняется широкими технологическими возможностями данного способа обработки металлов и его высокой экономической эффективностью.

Листовой холодной штамповкой могут быть изготовлены детали самой разнообразной конфигурации массой от долей грамма до десятков килограммов и размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Этим методом получают изделия с достаточно высокой точностью размеров и, как правило, не требующие дальнейшей механической обработки. Данный способ является высокопроизводительным и в большинстве случаев осуществляется с применением средств механизации и автоматизации технологического процесса, следовательно, наибольший экономический эффект достигается при массовом и крупносерийном производстве, хотя во многих случаях целесообразно применение в мелкосерийном и единичном производстве.

Операции листовой штамповки разделяются на две основные группы: разделительные и формоизменяющие. В результате разделительных операций происходит отделение одной части заготовки от другой по заданному контуру,

102

Штампы последовательного действия (рис. 5.15) являются многоопера-

ционными, в них одновременно выполняется несколько различных операций (иногда 10…15 операций) в разных позициях при последовательном перемещении заготовки от одной позиции штампа к другой. В этих штампах за один ход ползуна пресса в листовом материале изготавливается несколько изделий, на-

ходящихся друг от друга на определенном расстоянии LП , называемом шагом подачи. Следовательно, для осуществления следующей операции заготовка должна переместиться на один шаг подачи.

В штампах совмещенного действия (рис. 5.16) осуществляется одновре-

менно несколько различных операций (от двух до четырех) за один ход ползуна. Такие штампы отличаются более сложной конструкцией, но обеспечивают высокую производительность и точность получаемых размеров деталей.

103

6. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В настоящее время механической обработке подвергаются в основном металлы и сплавы, а в общем технологическом процессе производства деталей для автомобилестроения обработка резанием составляет около 80 %.

Обработка конструкционных материалов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимых геометрических форм, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей деталей. Срезаемый слой (масса) металла называется припуском на механическую обработку, который оставляется специально.

6.1 ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Классификация движений в металлорежущих станках. Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке. Движения рабочих органов станков подразделяются на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

За главное (Dr ) движение резания принимают движение, определяющее скорость деформирования материала и отделения стружки, за движение подачи

– движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в

104

материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратнопоступательными. Скорость главного движения резания обозначают v , ско-

рость движения подачи – vS .

Движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые (ускоренные) перемещения рабочих органов станка.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки. На схеме условно изображают обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки, а также движения резания (рис. 6.1). Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют другим цветом или утолщенными линиями.

Рис. 6.1. Схемы обработки резанием заготовок:

а– точением; б – растачиванием; в – сверлением; г – фрезерованием;

д– шлифованием на круглошлифовальном станке; е – шлифованием на плоскошлифовальном станке

105

Существуют движения подачи: продольное (пр), поперечное (п), вертикальное (в), круговое (кр), окружное (о), тангенциальное (т). В процессе резания на заготовке различают обрабатываемую поверхность 1, обработанную поверхность 3 и поверхность резания 2 (рис. 6.1, а). На схемах обработки закрепление заготовки и инструмента показывают полуконструктивно или условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 3.1107-81.

Методы формообразования поверхностей деталей машин. Простран-

ственную форму детали определяет сочетание различных поверхностей: плоских, круговых цилиндрических и конических, шаровых, торовых, геликоидных. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений следов одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. При обработке на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых согласованы между собой, т.е. движения резания являются формообразующими.

Образование поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей 1 обрабатываемой поверхности детали (рис. 6.2, а). Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки вершины режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки (рис. 6.2, б). Движения резания являются формообразующими.

106

Рис. 6.2. Методы формообразования поверхностей

Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента (рис. 6.2, в), а направляющей линией 2 – касательная к ряду геометрических вспомогательных линий

– траекторий точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.

Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря согласованию двух движений подачи, а направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки (рис. 6.2, г). Скорости движений согласуют так,

что за время прохождения круглым резцом расстояния l он делает один полный оборот относительно своей оси вращения.

Режимы резания. При назначении режима резания определяют скорость главного движения резания, подачу и глубину резания.

Скоростью главного движения резания ( v ) называют расстояние, прой-

денное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени (м/с). Если главное движение резания вращательное (точение), то скорость резания, м/с

где DЗАГ – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n

– частота вращения заготовки, мин-1.

107

Если главное движение возвратно-поступательное, а скорости рабочего и вспомогательного ходов различны, то скорость главного движения резания, м/с

струмента в минуту; k – коэффициент, показывающий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов.

Подачей ( s) называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента. Подача в зависимости от технологического метода обработки измеряется в мм/об – для точения и сверления; мм/дв. ход – для строгания и шлифования.

Глубиной резания (t ) называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. Глубину резания задают на каждый рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания измеряется в миллиметрах.

При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют

где d – диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Форму сечения срезаемого слоя материала рассмотрим на примере об-

тачивания наружной цилиндрической поверхности на токарном станке. На рис. 6.3 показаны два последовательных положения резца относительно заготовки за время одного полного ее оборота. Резец должен срезать с заготовки материал площадью поперечного сечения f ABCD , называемой номинальной площадью

108

Рис. 6.3. Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

Форма и размеры номинального сечения срезаемого слоя материала зави-

сят от sПР и t , углов ϕ и ϕ1 , формы режущей кромки. В процессе резания уча-

ствуют одновременно два движения, поэтому траекторией движения вершины резца относительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке A, резец вновь встретится с этой образующей цилиндрической поверхности толь-

ко в точке B . Следовательно, не вся площадь среза f ABCD будет срезана с заго-

товки, а только часть ее, и на обработанной поверхности останутся микроне-

ровности. Остаточное сечение площади срезаемого слоя fO = f ABE . Действи-

тельное сечение площади срезаемого слоя материала f Д = fBCDE будет меньше номинального на величину площади остаточного сечения микронеровностей.

Геометрические параметры режущего инструмента и их влияние на процесс резания и качество обработанной поверхности. Геометрические па-

раметры режущего инструмента целесообразно рассматривать на примере токарного прямого проходного резца как типового образца режущего клина. Геометрические параметры других лезвий режущих инструментов всегда можно отождествлять с геометрическими параметрами токарного прямого проходного резца с учетом особенностей их конструкции и способа воздействия на обрабатываемый материал заготовки.

109

Токарный прямой проходной резец (рис. 6.4) имеет режущую часть I (головку) и присоединительную часть II (державку), которая служит для закрепления резца в резцедержателе. Режущая часть образуется при специальной заточке резца и имеет следующие элементы: переднюю поверхность 1, по которой сходит стружка; главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную зад-

нюю поверхность 5, обращенную к обработанной поверхности заготовки; режущую кромку 3, вспомогательную режущую кромку 6, вершину резца 4. Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям.

Для определения углов, под которыми расположены поверхности режущей части инструмента относительно друг друга, вводят понятие координатных плоскостей (рис. 6.5). Основная плоскость PVC проходит через точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного движения резания.

Плоскость резания РПС проходит касательно к режущей кромке лезвия перпен-

дикулярно к основной плоскости. Главная секущая плоскость Рτс проходит че-

рез главную режущую кромку перпендикулярно к линии пересечения основной

плоскости и плоскости резания. Вспомогательная секущая плоскость –

плоскость, перпендикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Углы резца определяют положение элементов режущей части в пространстве относительно координатных плоскостей и относительно друг друга. Эти углы называют углами резца в статике. Углы инструмента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработанных поверхностей заготовок.