5. Обробка металів різанням

Процес різання металів полягає в зрізанні з заготовки шару металу - припуску, спеціально залишеного на обробку, з метою одержання деталі із заданими кресленням формою, розмірами й шорсткістю поверхонь.

О сновними видами обробки різанням є точіння, стругання, свердління, фрезерування й шліфування. Обробка металів різанням здійснюється на металорізальних верстатах — токарних, стругальних, свердлильних, фрезерних і шліфувальних з використанням різних різальних інструментів - різців, свердл, фрез, шліфувальних кругів.

Видалений у процесі різання метал - припуск - перетворюється в стружку, при цьому наявність стружки є характерною ознакою всіх різновидів процесу різання металів.

Для здійснення процесу різання необхідно мати головний рух різання й рух подачі (мал. 2.19, а). Головний рух різання має найбільшу швидкість і називається швидкістю різання. Рух подачі має швидкість меншу, ніж швидкість головного руху різання, і призначений для зрізання припуску з усієї поверхні, що підлягає обробці. Цей рух називається подачею. Головний рух і рух подачі залежно від виду обробки можуть бути обертальними або прямолінійно поступальними й здійснюватися як заготовкою, так і різальним інструментом.

При точінні головний рух — обертовий рух заготовки, рух подачі — прямолінійний поступальний рух різального інструменту — різця (мал. 2.19,а). Переміщенням різця відносно заготовки зрізується її вихідна поверхня, що називається оброблюваною поверхнею 1, і утвориться нова поверхня, що називається обробленою поверхнею 3.

При струганні головний рух надається різцю, а рух подачі — заготовці (мал. 2.19, б) або як головний рух, так і рух подачі надаються тільки різцю.

При свердлінні (зенкеруванні й розгортанні) як головний рух, так і рух подачі звичайно надається різальному інструменту — свердлу (зенкеру, розгортці) (мал. 2.19, в), однак є схеми свердління, у яких головний рух надається заготовці.

При фрезеруванні головний рух надається різальному інструменту — фрезі, а рух подачі — заготовці (мал. 2.19, г), однак є схеми фрезерування, згідно з якими як головний рух, так і рух подачі надається фрезі.

При круглому (мал. 2.19, д) і плоскому (мал. 2.19, е) шліфуванні головний рух надається різальному інструменту — шліфувальному кругу, а рух подачі — заготовці.

Р іжучим інструментом називається інструмент для обробки металів різанням. Найпоширеніший різальний інструмент — різець — складається з ріжучої частини Б і стержня А (мал. 2.20).

Мал. 2.20

Інструментальні матеріали. Металорізальний інструмент може робити зрізання шарами матеріалу з поверхні заготовки в тому випадку, якщо його ріжуча частина виготовлена або оснащена інструментальним матеріалом, що володіє високою твердістю, міцністю, температуростійкістю й зносостійкістю.

Під температуростійкістю інструментального матеріалу розуміється найбільша температура, при якій він зберігає високе значення твердості і міцності.

Зносостійкість матеріалу визначає його здатність опиратися стираючій дії матеріалу, з яким він перебуває в контакті.

Як інструментальні матеріали для лезвійних інструментів використовуються швидкорізальні сталі, тверді сплави (метало­кераміка), мінералокерамічні сплави (кермети), надтверді матеріали, синтетичні алмази. Швидкорізальні інструментальні сталі є високо­легованими сталями з добавками вольфраму (позначається буквою Р). молібдену (М), ванадію (Ф), кобальту (К) при вмісті приблизно 4 % хрому й 1% вуглецю. Найбільше

Мал. 2.19. Схема основних видів обробки металів різанням

поширення в цей час знаходять наступні марки цих сталей: Р18, Р9Ф5, Р6МЗ, Р6М5, Р9ДО5, Р9ДО5Ф5. Твердість сталей перебуває в межах HRA 62—64, температуростійкість 620—640 °С.

Мал. 2.24. Зношування різального інструменту з часом

Т верді сплави діляться на три групи: вольфрамокобальтову (ВК), вольфрамотитанокобальтову (ТК) і вольфрамотитанотанта­локобальтову (ТТК). При позначенні марок твердих сплавів процентний вміст карбідів титану (Т), сумарний вміст карбідів титану й танталу (ТТ) і металевого кобальту (К), рештою є карбід вольфраму. У твердих сплавах зазначені порошкоподібні карбіди з'єднуються в моноліт металевим кобальтом. Наприкінці позначення марки твердого сплаву можуть стояти букви М, ОМ, Б, що означає зернистість: дрібнозернистий, особливо дрібнозернистий і грубозернистий.

Мал. 2.23. Складові сили різання

Т верді сплави групи ВК (ВКЗМ, ВК4, ВК6М, ВК 6-ОМ, ВК8. :ВК 10-ОМ), групи ТК (Т5КЮ, Т15ДО6, Т30ДО4) і групи ТТ (ТТ7ДО12, ТТ8ДО6, ТТ10ДО 8-Б).

Твердість зазначених марок твердих сплавів становить HRA 87—91, температуростійкість 800—1250°С.

Покриття твердих сплавів тонким шаром (5-15 мкм) карбідів i піана, ніобію, боридів, нітридів дозволяє підвищити їх зносостійкість в 5-6 разів.

Механічна робота, затрачувана на пластичну деформацію й руйнування металу в процесі стружкоутворення й утворення нової поверхні, а також робота сил тертя по передній і задній поверхнях інструмента майже повністю перетворюється в теплоту. Теплота, що виділяється в зоні різання, нагріває стружку, оброблювану заготовку й різальний інструмент, у яких утворяться температурні поля. Найбільша температура, що виникає в процесі різання, не повинна перевищувати температуростійкості інструментального матеріалу.

У процесі різання відбувається безперервне зношування різального інструменту по передній і задній поверхнях.

Обробка на токарських верстатах. Точіння здійснюється на токарських верстатах і застосовується для обробки зовнішніх і внутрішніх тіл обертання: циліндричних, конічних, сферичних і фасонних. При точінні заготовка закріплюється у встановленому на ш пинделі верстата патроні й обертається, а закріплений у різцетримачі різець робить поступальний рух у поздовжньому і поперечному напрямках. Токарно-гвинторізний верстат загального призначення показаний на мал. 2.25. На основі 1 закріплена станина 11і корито 12 для збирання стружки. На станині розміщена передня бабка 3 з коробкою швидкостей для обертання заготовки з різною частотою й коробка подач 2 для переміщення різального інструменту з різними подачами. По напрямних станини переміщається супорт 6 із закріпленим у різцетримачі різцем і фартухом 9, а також задня бабка 7, призначена для підтримки кінця довгої заготовки. Привід верстата - електродвигун - установлений у основі і закритий кожухом. Рух від коробки швидкостей 2 передається механізмам фартуха 9 через ходовий вал 8 (при точінні) або через ходовий гвинт 10 (при нарізуванні різьблення різцем). На передніх стінках передньої бабки 3, коробки передач 2 і фартуха 9 розташовані рукоятки керування верстатом. Екран 4 і щиток 5 забезпечують безпеку роботи на верстаті. Електроустат­кування верстата зосереджене в електрошафі 13.

Обробка на свердлильних верстатах. Свердлильні верстати Мал. 2.25. Токарно-гвинторізний верстат

призначені для виготовлення отворів у деталях. Для підвищення точності і якості отворів після їхньої обробки використовуються зенкери й розгортки.

Свердла, зенкери й розгортки застосовуються для виготовлення наскрізних, глухих, східчастих і глибоких отворів з відношенням глибини отвору до його діаметра більше п'яти.

На мал. 2.26 показані основні частини свердла (а), зенкера (б) розгортки (в). Ріжуча частина 1 у свердлів має дві ріжучі й поперечну крайки, у зенкерів - кілька ріжучих крайок (3-4), у розгорток ріжуча частина може мати початковий 1 і забірний конус 2 з більшим числом ріжучих крайок.

Робоча частина 3 у свердлів і зенкерів включає ріжучу 1 і напрямну 2 частини, а в розгорток робоча частина 5 додатково має зворотний конус 4 з кутом 44-5°.

Ш ийка 4 у свердлів і зенкерів і шийка 6 у розгорток є перехідною частиною від робочої частини інструмента до його Мал. 2.26. Основні частини й конструкції свердла (а), зенкера (б), розгортки (в)

хвостика 5 (7 у розгорток). Лапка 6 призначена для вибивання інструмента з патрона.

У свердлів і зенкерів кут нахилу гвинтових канавок 8 для виходу стружки з оброблюваного отвору становить відповідно 52—40 і 20—30°.

Кут при вершині свердла перебуває в межах 60—140° кут у зенкерів - у межах 90—120°, кут розгорток — 90° .

Обробку отворів, як правило, роблять на вертикально - і радіально - свердлильних верстатах з вертикальним розташуванням шпинделя.

В ертикально-свердлильний верстат показаний на мал. 2.27.

Мал. 2.27

Оброблювана деталь закріплюється на столі 2, що за допомогою гвинта 1 установлюється на певну висоту залежно від висоти заготовки й закріплюється рукояткою 8 відносно станини 9. Різальний інструмент закріплюється в шпинделі 3, що одержує обертовий рух від електродвигуна 7 через коробку швидкостей 6 і рух подачі від коробки подач 5. Вертикальне переміщення шпинделя 3 також може здійснюватися вручну за допомогою маховика 3. Радіально-свердлильні верстати призначені для обробки важких і великогабаритних заготовок, які складно

і неможливо обробити на вертикально-свердлильних верстатах.

Обробка на фрезерних верстатах. Фрезерні верстати призначені для обробки плоских і фасонних поверхонь, пазів, канавок, виступів, зубних коліс. Фрезерування здійснюється різальним інструментом-фрезою, яка являє собою тіло обертання, на торцевій поверхні якого розташовані ріжучі зуби.

Основний рух при фрезеруванні— обертання фрези; рух подачі здійснює заготовка (іноді фреза). Фрези (мал. 2.28) можуть бути найрізноманітніших конструкцій, з яких найпоширенішими є циліндричні (а), дискові (б),шпонові (в), торцеві (г) і фасонні.

С еред фрезерних верстатів найбільш поширені є горизонтально-фрезерні, вертикально-фрезерні й поздовжньо-фрезерні.

Рис2.28. Основні види фрез

Обробка шліфуванням. Шліфуванням називається спосіб обробки матеріалів різанням, здійснюваний швидкісним мікрорізанням (дряпанням) поверхневих шарів твердих тіл великою кількістю найдрібніших зерен, зцементованих в інструмент за допомогою зв'язки.

Процес шліфування використовується як завершальна чистова обробка металів.

Шліфування здійснюється особливим видом інструментів — шліфувальними кругами.

Шліфувальний круг являє собою геометрично правильне тіло, що складається зі шліфувальних (абразивних) зерен, зв'язки й проміжків (пер) між ними. Залежно від процентного вмісту абразивних зерен в об’ємі шліфувальних кругів їхня структура може бути щільною (62-56 %), середньою (54-46%)- відкритою (44-38%) і дуже відкритою (36-22%). Структура круги позначається номером: відповідно 0-3, 4-8, 9-12, 13-20.

Шліфувальні круги мають різну форму й зображені на мал. 2.30.

Д ля виготовлення шліфувальних кругів використовують наступні штучні абразивні матеріали: электрокорунд (кристалі оксиду алюмінію AI2O3 з добавками), нормальний корунд (умовна позначка 12А, 13А, ..., 16А), білий корунд , хромистий корунд (з добавками з'єднань хрому), монокорунд (кристали А1₂0₃

Мал. 2.30

правильної форми), карбіди кремнію (Si) чорний (53С, ..., 55С) і зелений (63С, 64С), алмази природні (А) і синтетичні (АС), нітриди бору (эльбор.).

Абразивні зерна залежно від розмірів діляться на наступні групи: шліфзерна, шліфпорошки, мікропорошки .

Зв'язки шліфувальних кругів діляться на неорганічні й органічні. Найпоширеніша з неорганічних зв'язок керамічна, що складається з вогнетривкої глини, ріддкого скла, польового шпату й інших компонентів, а з органічних - бакелітова (Б) і вулканітова, основою яких відповідно є бакеліт і каучук.

По твердості шліфувальні круги діляться на м’які (М), середньом’які (СМ), середні (З), середньотверді (СТ), тверді (Т), високотверді (ВТ) і надзвичайно тверді (НТ), причому чим м'якше круг, тим легше можуть бути вирвані зі зв'язки абразивні зерна, і навпаки. Шліфувальні верстати підрозділяються на верстати для круглого й для плоского шліфування.