Технология конструкционных материалов

11

ных или слабо связанных между собой кусочков металла неправильной формы. Образуется при обработке хрупких металлов (чугун, бронза, некоторые сплавы алюминия).

Упругое и пластическое деформирование срезаемого слоя и усадка стружки. Процесс резания может быть представлен как процесс последовательного упругого и пластического деформирования срезаемого слоя металла, а затем его разрушения, в котором важнейшую роль при обработке пластичных материалов играет пластическое деформирование. Внешне пластическое деформирование срезаемого слоя проявляется в том, что длина стружки короче пути, пройденного резцом по обработанной поверхности, а толщина стружки больше толщины срезаемого слоя. Уменьшение длины и увеличение толщины стружки по сравнению с длиной и толщиной срезаемого слоя называется усадкой стружки.

Образование нароста. При резании пластичных материалов, таких как сталь, латунь, образуется плотное скопление частиц металла, прочно укрепляющееся на передней поверхности резца. Большое трение стружки о резец, удаление оксидных пленок и молекулярное взаимодействие между ними помогают нижнему слою стружки затормаживаться, т. е. скорость его становится меньшей, чем скорость движения всей стружки. Этот слой задерживается на передней поверхности резца, отделяется от стружки и под действием высокого давления и высокой температуры образуется нарост.

Металл нароста деформирован, и твердость его значительно (иногда в 23 раза) превосходит твердость обрабатываемого металла. Нарост образуется в зоне отделения стружки и участвует в резании. Он периодически разрушается, уносится сходящей стружкой и деталью, образуется вновь.

Нарост защищает вершину резца и режущую кромку от преждевременного изнашивания, улучшает теплоотвод от режущего инструмента. Точность и качество обработки поверхностей при наросте ухудшаются, так как форма его неправильна и непостоянна. Поэтому при черновой обработке, где качество поверхности не имеет особого значения, нарост благоприятно влияет на резание, но при чистовой обработке, когда качество обработанной поверхности особенно важно, образование нароста вредно и его следует избегать.

При средних скоростях (15–40 м/с) наростообразование особенно интенсивно и нарост достигает максимума. Дальнейшее увеличение скорости резания приводит к уменьшению нароста и его исчезновению. Поэтому чистовую обработку выполняют на повышенных скоростях резания. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей и тщательно доведенных резцов со значительными передними углами уменьшает наростообразование.

Упрочнение при обработке металлов резанием. При резании метал-

лов поверхностный слой обработанной детали пластически деформируется на глубину от нескольких сотых до целого миллиметра и более в зависимости от различных факторов. Пластическое деформирование поверхностного слоя

12

изменяет его структуру и свойства, вызывая упрочнение или наклеп. Упрочнение поверхностного слоя может повышать износостойкость,

усталостную прочность и другие эксплуатационные свойства обработанной детали. Но это может оказаться вредным при ее обработке. Упрочнение при черновой обработке отрицательно влияет на резание при чистовой обработке: срезаются тонкие стружки, происходит быстрое затупление инструмента, увеличивается шероховатость поверхности.

1.7 Изнашивание и стойкость режущего инструмента

Виды изнашивания. Под изнашиванием режущего инструмента понимают разрушение его контактных поверхностей в результате трения стружки о переднюю поверхность инструмента, а задней поверхности – о заготовку. Физические процессы, протекающие при изнашивании инструмента, аналогичны трению и изнашиванию трущихся пар, но они происходят обычно при очень большом давлении, больших скоростях и высокой температуре. Трущиеся поверхности при этом беспрерывно обновляются.

Интенсивное разрушение контактных поверхностей инструмента часто обусловлено наличием в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбиды, оксиды, поверхностная корка), которые царапают поверхности трения (абразивное изнашивание). Изнашивание тем больше, чем меньше твердость режущей части инструмента при резании и выше твердость составляющих обрабатываемого материала.

Высокое давление и температура резания вызывают адгезионные процессы на контактных поверхностях – схватывание материала, инструмента с материалом заготовки под действием атомарных сил. При этом частички инструментального материала беспрерывно вырываются и уносятся сходящей стружкой и обрабатываемой заготовкой. При невысоких скоростях резания изнашивание инструментов из твердых сплавов вызывается именно адгезионными процессами. Более прочная быстрорежущая сталь разрушается от их действия значительно меньше.

При больших скоростях, когда в зоне резания развивается очень высокая температура, твердосплавный инструмент интенсивно изнашивается под действием диффузии. Происходит взаимное проникновение и растворение структурных составляющих инструментального и обрабатываемого материалов. Интенсивной диффузии благоприятствует то, что в контакт с инструментом беспрерывно вступают все новые участки обрабатываемого материала и стружки.

Изнашивание инструмента происходит, главным образом, по задней поверхности при обработке хрупких материалов, например чугуна, или при малых припусках на обработку (протяжки, развертки), а изнашивание по передней поверхности – при обработке сталей с высокими скоростями резания без охлаждения с толщиной срезаемого слоя более 0,5 мм (резцы).

13

Изнашивание происходит по передней и задней поверхностям од-

новременно. Этот вид наиболее распространен и характерен для режущего инструмента при обработке срезаемого слоя толщиной более 0,1 мм.

Критерий затупления. Предельно допустимая величина изнашивания, при которой инструмент теряет нормальную работоспособность, называется критерием затупленuя. С увеличением изнашивания задней поверхности инструмента возрастают силы резания, увеличивается работа трения, повышается температура, увеличивается шероховатость обработанной поверхности. Поэтому критерием затупления обычно выбирают определенную величину изнашивания задней поверхности инструмента.

При чистовой обработке резцами, фрезами, развертками, протяжками и другими инструментами устанавливается технологический критерий затупления, т. е. такая величина изнашивания задней поверхности, превышение которой приводит к тому, что точность и шероховатость обработанной поверхности перестают удовлетворять техническим условиям.

Стойкостью инструмента называют время его работы между переточками при определенном режиме резания. На стойкость влияют обрабатываемый материал и материал режущего инструмента, режим резания и другие условия обработки. Стойкость оказывает большое влияние на производительность и стоимость обработки; ее выбирают такой, чтобы стоимость выполняемой операции была минимальной. Сложные дорогие инструменты, устанавливаемые на станках со сложной наладкой, должны иметь больший период стойкости.

Значения стойкости различных инструментов приведены в справочниках по режимам резания. Например, стойкость токарных резцов из быстрорежущих сталей составляет 50–60 мин, твердосплавных резцов – 45–90 мин, фрез цилиндрических – 180–240 мин и т. п.

Вопросы для самопроверки

1Виды движения в металлорежущих станках.

2Основные методы обработки резанием.

3Элементы режима резания.

4Геометрические параметры резца.

5Процесс стружкообразования при резании металлов и сопутствующие ему явления (типы стружек, упругое и пластическое деформирование, образование нароста, упрочнение поверхностного слоя).

6Виды изнашивания резцов и стойкость инструмента.

14

2 Лабораторная работа № 2. Обработка деталей на токарных станках

Цель: ознакомление с типами станков токарной группы, назначением и действием основных узлов токарно-универсальных, токарно-револьверных станков, а также с видами работ, выполняемых на указанных станках.

Оборудование рабочего места:

1)токарно-универсальный 1620;

2)токарно-револьверный станок модели 1Е316П;

3)заготовка для обработки;

4)набор необходимого режущего, монтажного и измерительного инструмента.

2.1 Обработка деталей на станках токарной группы

2.1.1 Типы станков токарной группы. Все токарные станки принад-

лежат к первой группе и подразделяются на следующие подгруппы:

–полуавтоматы и автоматы одношпиндельные;

–автоматы и полуавтоматы многошпиндельные;

–револьверные;

–сверлильно-отрезные;

–карусельные;

–токарные и лобовые;

–многорезцовые;

–специализированные;

–разные.

По степени универсальности станки этой группы подразделяются таким образом:

–универсальные – для обработки различных деталей в единичном производстве;

–специализированные – для обработки группы деталей в серийном производстве;

–специальные – для обработки отдельных деталей.

2.1.2 Устройство токарно-винторезного станка. Основные части токарно-винторезного станка (рисунок 2.1): станина 1, передняя бабка 2, задняя бабка 3, коробка подач 4, суппорт 5.

Станина 2 предназначена для закрепления на ней неподвижных и перемещения по направляющим подвижных частей станка (суппорт, задняя бабка).

В передней бабке 6 размещен главный вал – шпиндель с закрепленным на нем патроном или другим приспособлением, передающим вращение заготовке, а также коробка скоростей, от которой шпиндель получает

15

вращение с необходимой частотой.

Задняя бабка 11 предназначена для поддержания с помощью центра правого конца заготовки, а также для закрепления в коническом отверстии пиноли сверла, зенкера или развертки соответственно при сверлении, зенкеровании или развертывании отверстий в заготовке.

Рисунок 2.1 – Общий вид токарно-винторезного станка 1620

Коробка подач 3 является составной частью механизма подач, получающего движение от шпинделя через гитару сменных зубчатых колес и передающего его ходовому винту или ходовому валу, от которых через механизмы фартука 10 движение передается суппорту 7.

Суппорт 7 служит для закрепления инструментов в установленном на нем четырехгранном резцедержателе 8. Суппорт состоит из продольных и поперечных салазок, которые могут перемещаться по направляющим вручную или автоматически, резцовых салазок (каретки) 9, которые перемещаются по направляющим только вручную. Резцовые салазки (каретку) можно поворачивать на любой угол в пределах ± 900 и закреплять в этом положении, что необходимо при обработке конических поверхностей.

2.1.3 Основные виды работ, выполняемых на токарных станках. Для обработки на станках токарной группы наряду с основным вращательным движением заготовки, закрепленной в патроне или в другом приспособлении, необходимо продольное или поперечное перемещение режущего инструмента.

Внешние цилиндрические поверхности обрабатывают проходными прямыми, отогнутыми, упорными, с закругленной вершиной для чистовой обработки резцами соответственно (рисунок 2.2, поз. 8, 9, 11, 7).

16

Рисунок 2.2 – Виды работ, выполняемых на токарном станке

Плоскости обрабатывают проходными прямыми и отогнутыми, подрезными с поперечной подачей (рисунок 2.2, поз. а, б, в), упорными при продольной подаче (рисунок 2.2, поз. 11) резцами.

Прорезание канавок и отрезка заготовки выполняется с поперечной подачей канавочными и отрезными резцами (рисунок 2.2, поз. 3, 5, 6, рисунок 2.2, поз. г, д).

Обработка отверстий. Зацентровку, сверление, зенкерование и развертывание отверстий производят соответствующими инструментами, установленными в пиноли задней бабки (рисунок 2.3) или в держателе центрового инструмента, закрепленном в резцедержателе или в револьверной головке (рисунок 2.4, поз. 2–5).

Растачивают цилиндрические отверстия проходными, отогнутыми или расточными резцами (рисунок 2.2, поз. 12, 13).

Фасонные поверхности небольшой длины обрабатывают резцами с поперечной подачей (рисунки 2.2, поз. 15 и 2.4, поз. 7). Профиль режущей

17

кромки фасонного резца должен соответствовать профилю обрабатываемой поверхности.

Рисунок 2.3 – Обработка отверстий в сплошной заготовке

При обработке фасонных поверхностей значительной длины часто используют копиры с формой паза, соответствующей форме обрабатываемой поверхности (аналогично рисунку 2.5, поз. г).

Нарезание резьбы. На токарном станке внешнюю резьбу можно нарезать резцом (рисунок 2.2, поз. 10) или плашкой (рисунок 2.4), а внутреннюю – резцом (см. рисунок 2.4) или метчиком.

2.1.4 Обработка на токарно-револьверных станках. Токарно-

револьверные станки предназначены для обработки достаточно больших партий деталей, имеющих сравнительно сложную форму. Для таких деталей необходимо последовательно применять различные инструменты: резцы, сверла, зенкера, развертки, метчики, плашки и др., например, болты, гайки, валики и др.

В отличие от токарных, у револьверных станков нет задней бабки и ходового винта, а на продольном суппорте установлена многопозиционная револьверная головка с вертикальной или горизонтальной осью вращения. В ней при наладке устанавливают необходимые инструменты и вводят их в работу в определенной последовательности.

Токарно-револьверный станок с вертикальной осью револьверной головки для патронных и прутковых работ представлен на рисунке 2.4, поз. а. Он состоит из основных частей: станины 1, передней бабки 4 с коробкой скоростей 3, коробки подач 2, револьверного суппорта 7 с револьверной головкой 6, поперечного суппорта 5, барабанов задних 8 и передних 9 упоров.

При отводе суппорта с револьверной головкой в крайнее правое положение головка поворачивается на 1/6 часть оборота и переводится в следующую позицию. При наладке станка упоры на барабане размещают так, что при продольной обработке заготовки на необходимую длину соответ-

18

ствующий каждой позиции упор выключит автоматическую продольную подачу суппорта. Таким образом обеспечивается одинаковая длина обработки у всех обрабатываемых деталей.

б)

Рисунок 2.4 – Общий вид и схема настройки для обработки втулки токарноревольверного станка с вертикальной осью револьверной головки

19

Поперечный суппорт 5 с четырехрезцовым резцедержателем можно перемещать в продольном и поперечном направлениях. На переднем конце шпинделя устанавливают самоцентрирующий патрон. Если деталь изготавливают из прутка, то его пропускают сквозь отверстие в шпинделе. Раскрепление прутка, подача его на необходимую длину и закрепление осуществляются с помощью механизма, управляемого одной рукояткой.

На рисунке 2.4, поз. б приведен пример наладки револьверного станка для изготовления из прутка втулки с накатанной головкой. Последовательность позиций обработки следующая: 1 – подача прутка до упора; 2 – подрезка торца резцом, установленным в поперечном суппорте, и зацентровка отверстия; 3 – сверление отверстия на половину глубины и одновременное обтачивание двух цилиндрических поверхностей и фаски; 4 – сверление отверстия на необходимую глубину; 5 – развертывание отверстия; 6 – нарезание наружной резьбы плашкой; 7 – точение фасонным резцом; 8 – накатывание головки; 9 – отрезание готовой детали.

Содержание отчета по лабораторной работе № 2

1 Цель работы.

2Назначение и область применения токарно-револьверного, токар- но-винторезного станков.

3Виды работ, выполняемых на токарных станках, и виды инструментов, применяемых для их исполнения.

4Упрощенная схема токарно-винторезного станка и назначение его основных узлов.

Задание для самоподготовки

Изучить следующее:

–способы обработки конических поверхностей;

–назначение и область применения токарно-карусельного станка;

–оснастку, применяемую при обработке деталей на токарных станках.

2.1.5 Обработка конических поверхностей. Конические поверхности обрабатывают следующими способами (рисунок 2.5):

–резцом с соответственно размещенной главной режущей кромкой;

–поворотом верхней каретки суппорта;

–смещением задней бабки;

–с помощью копировальной линейки.

2.1.6 Обработка деталей на токарно-карусельных станках. Токар-

но-карусельные станки предназначены для обработки тяжелых заготовок большого диаметра и небольшой длины, не превышающей 0,7 диаметра. Обычно это детали типа дисков: шкивы, маховики, зубчатые колеса и др.

20

Рисунок 2.5 – Обработка конических поверхностей на токарном станке

Общий вид двухстоечного токарно-карусельного станка с диаметром планшайбы более 1,6 м и обработка на нем шкива показаны на рисунке 2.6. Станок состоит из станины 1, планшайбы 12 с четырьмя кулачками, стоек 2, соединенных вверху поперечиной 6, траверсы 3, вертикальных суппортов 5 и 7, бокового суппорта 10 и трех коробок подач 4, 9, 11.

Все суппорты можно перемещать автоматически или вручную. Направления всех перемещений указаны стрелками на рисунке 2.6.

Суппорт 5 имеет поворотную часть, которую при обработке конических поверхностей можно устанавливать под необходимым углом. На суппорте 7 установлена пятипозиционная револьверная головка 8, в которой может быть одновременно установлено пять инструментов.

2.2 Приспособления для закрепления заготовок на токарных станках

Характер установки и закрепления заготовки, обрабатываемой на токарном станке, зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, характеристики заготовки (отношение длины заготовки к диаметру), требуемой точности обработки.

На токарно-винторезных станках для закрепления заготовок используют трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рисунок 2.7, а). На