Раздел 9. Основы механической обработки

Тема 9.1. Основы резания материалов. Физико-химические основы обработки металлов резанием

Общая характеристика механической обработки. Роль и место обработки резанием

при изготовлении машин и приборов

Механическая обработка – обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам изделия или заготовки для последующих технологических операций.

В машиностроении используется 3 вида механической обработки: 1. Обработка резанием, осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения

инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности.

2. Обработка методом пластической деформации, осуществляется под силовым воздействием внешней силы, при этом меняется форма, конфигурация, размеры, физико-механические свойства детали. Это процессы: ковка, штамповка, прессование, накатывание резьбы.

3. Электрофизикохимическая обработка – основана на использовании специфических явлений анодном растворении материала при высоких плотностях электрического тока: искра (электроискровая обработка), импульс (электроимпульсная обработка), дуга (электродуговая обработка) и т.д.

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности, производящей различные машины, станки, приборы и предметы культурно-бытового назначения.

Одна из актуальных задач машиностроения – дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин.

Обработка резанием является универсальным методом размерной обработки и поэтому занимает большое место в машиностроении. Метод позволяет обрабатывать поверхности деталей из наиболее используемых конструкционных материалов различной формы и размеров с высокой точностью и заданной шероховатости. Он обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используемым в промышленности процессом размерной обработки деталей.

Первые экспериментальные исследования процесса резания металлов проведены во Франции. В 1848–1849 годах капитан французской артиллерии Кокилья проделал опыты по сверлению отверстий в орудийных стволах. Подача сверла осуществлялась с помощью груза. В опытах определялась работа, затрачиваемая на сверление.

В 1851 году Коквилхэт исследовал работу, необходимую для сверления отверстий в железе, бронзе, камне и других материалах. В 1862 году опыты Кокилья повторил капитан французской артиллерии Кларинваль на отличающихся по своим свойствам обрабатываемых материалах: чугуне, стали и бронзе. В 1864 году французский исследователь Джоссель сделал сообщение о влиянии геометрии резца на силу резания.

В 1893 году вышла в свет книга профессора Харьковского Технологического Института Константина Алексеевича Зворыкина(1861–1928) «Работа и усилие, необходимые для отделения металлических стружек». Эта работа явилась ценным вкладом в мировую техническую литературу и поставила К.А.Зворыкина в ряд крупнейших ученых- основоположников науки о резании металлов.

В 1896 году опубликована работа преподавателя Михайловской артиллерийской академии, капитана А.А. Брикса «Резание металлов». В своей книге автор дал глубокий

анализ работ отечественных и зарубежных исследователей, систематизировал понятия и уточнил терминологию, принятую в резании. Такие термины, как «режущее лезвие», «передняя грань», «задняя грань», «угол заострения», «задний угол», «передний угол» утвердились в науке о резании металлов и сохранились до наших дней.

Начало работам советского послереволюционного периода времени было положено Андреем Николаевичем Челюсткиным (1891–1926), преподавателем Ленинградской артиллерийской академии. За 7 лет своей научно-педагогической работы он опубликовал целый ряд сочинений, сыгравших большую роль в развитии отечественной науки о резании металлов.

В годы первой пятилетки 1928-1933 в нашей стране развернулось широкое строительство новых предприятий тяжелой индустрии и реконструкция существующих машиностроительных заводов. В этот период строятся такие гиганты нашей индустрии, как Горьковский Автозавод, Сталинградский, Харьковский и Челябинский тракторные заводы, авиационные заводы в Москве, Воронеже и в Горьком, Уралмаш, Ново-Краматорский завод тяжелого машиностроения и другие.

Резкое расширение парка металлорежущих станков и увеличение объема металлообработки потребовало создания научно-обоснованных руководящих материалов по рациональному использованию имеющихся мощностей, выбору оптимальных режимов резания и условий обработки.

Развитие массового производства требовало освоения высокопроизводительных методов обработки металлов с применением специализированных инструментов.

Эти задачи в целом потребовали расширения научно-исследовательских работ в металлообработке. Поэтому в 1936 году по инициативе Наркома тяжелой промышленности СССР Григория Константиновича Орджоникидзе была создана «Комиссия по резанию металлов» под председательством профессора МВТУ имени Н.Э.Баумана, Е.П. Надеинской. Членами комиссии стали А.И. Каширин, В.А. Кривоухов, И.М. Беспрозванный и С.Д. Тишин. На основании работ, выполненных под руководством комиссии, впервые в мировой практике металлообработки разработаны справочные материалы по режимам резания всех применявшихся в то время конструкционных материалов и всех видов обработки всеми видами инструмента. Эти материалы были положены в основу государственных нормативов по режимам резания.

В результате работ Комиссии были прочно заложены основы Советской школы резания металлов. Впервые в мировой практике созданы нормативно-справочные материалы по резанию металлов.

Современное состояние науки о резании металлов характеризуется глубокими исследованиями физико-химических явлений в зоне резания, исследуются процессы взаимодействия обрабатываемого материала и инструмента, новые инструментальные материалы, исследуется сверхскоростное резание.

Повышение быстроходности и надежности машин потребовало повышения точности обработки и улучшения качества обработанной поверхности. В связи с этим расширились работы по исследованию размерной стойкости инструмента, большое число работ посвящено исследованию внутренних напряжений в поверхностном слое обрабатываемой детали и исследованию влияния различных технологических факторов на усталостную прочность обрабатываемых деталей.

Необходимо отметить, что в настоящее время обнаруживается несоответствие возможностей металлургической промышленности и металлообработки. Металлургическая промышленность может поставлять нашей промышленности материалы высочайшей прочности, обрабатывать которые обработчики еще не научились и обработка их стоит непомерно дорого. И в этом направлении ведутся исследовательские работы.

Теоретические основы обработки резанием

Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают на рабочих органах станков, обеспечивающих движение.

Суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение и движение подачи, называется результирующим движением резания (De).

Главное движение – определяет скорость деформирования материала и отделения стружки (Dr);

Движение подачи – обеспечивает врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки (DS);

Движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными.

Движения подачи: продольное, поперечное, вертикальное, круговое, окружное, тангенциальное.

В процессе резания на заготовке различают поверхности (рис. 222, а): – обрабатываемую (1) – поверхность заготовки, с которой снимается стружка; – обработанную (3) – поверхность образующаяся после снятия стружки; – поверхность резания (2), образуемая режущей кромкой инструмента в процессе

резания.

Обрабатываемые поверхности могут быть плоскими, цилиндрическими (у геометрических тел вращения), коническими (с прямолинейной образующей), фасонными (с криволинейной образующей) или сложной криволинейной формы (поверхности зубьев зубчатых колес, кулачков, резьбы).

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя металла.

Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов.

Элементы резания. Рассмотрим основные особенности резания при обтачивании. На рис. 223, а приведена схема обтачивания вала резцом. Заготовке 1 от шпинделя станка передается главное вращательное движение, резцу 5 суппортом станка сообщается движение подачи; оба движения осуществляются непрерывно.

Рис. 222. Схемы обработки заготовок: а – точением; б – шлифованием на круглошлифовальном станке; в – сверлением

а б в

Глубина резания t – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями,

измеренное по перпендикуляру к оси заготовки, мм: t=(d1- d2)/2;

подача s – перемещение резца за один оборот заготовки. В зависимости от технологического метода обработки подачу измеряют: мм/об – точение и сверление; мм/дв. ход – строгание и шлифование;

ширина срезаемого слоя b – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания, мм;

толщина срезаемого слоя а – расстояние, измеренное в направлении, перпендикулярном к ширине срезаемого слоя, мм;

площадь номинального поперечного сечения стружки – площадь сечения срезаемого слоя f, подсчитываемая как произведение глубины резания на подачу или ширины на толщину, мм2:

Режущие инструменты

Режущие инструменты работают в условиях больших нагрузок, высоких температур,

трения и износа. Поэтому инструментальные материалы должны удовлетворять особым эксплуатационным требованиям. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твёрдость (значительно выше твёрдости материала обрабатываемой заготовки), высокие допускаемые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие и кручение. Важнейшими характеристиками являются красностойкость и износостойкость.

Большинство конструкций металлорежущего инструмента являются составными – рабочая часть из инструментального материала, а крепёжная из обычных конструкционных сталей (40, 45, 50, 40Х и др.).

Рабочую часть в виде пластин или стержней соединяют с крепёжной при помощи сварки, пайки или специальных высокотемпературных клеев, механического крепления и др.

Легированные инструментальные стали ( 9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС и др.) используются для изготовления протяжек, свёрл, метчиков, плашек, разверток. Они имеют красностойкость 250–300 °С и допускают скорость резания 15–25 м/мин.

Более широкое применение находят быстрорежущие стали. Самыми распространёнными являются: Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2, Р10К5Ф5. Твёрдость таких сталей составляет НRC 62–65, красностойкость 600–630 °С. Обладая повышенной износостойкостью они могут работать со скоростями до 100 м/мин.

Рис. 223

а б

Твёрдые сплавы группы ВК используются для обработки твёрдых и хрупких металлов, пластмасс и неметаллических материалов.

Двухкарбидные сплавы рекомендуются для обработки изделий из пластичных и вязких металлов и сплавов.

Трёхкарбидные сплавы отличаются от первых двух повышенной износостойкостью, прочностью и вязкостью и применяются для обработки деталей из труднообрабатываемых сталей аустенитного класса.

В последние годы всё более широко используются безвольфрамовые твёрдые сплавы ТМ1, ТМ3, ТН-20, ТН-30, ТН-40, КТН-16 и др. на основе карбидов или других соединений титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов. Например, сплав ТМ1 имеет износостойкость при обработке стали 50 в 2 раза выше, чем сплав Т30К4.

Производительность обработки резанием существенно возрастает при использовании инструментов, оснащённых поликристаллами сверхтвёрдых материалов (СТМ) на основе кубического (КНБ) или вюрциподобного (ВНБ) нитрида бора и синтетических алмазов (СА).

В настоящее время инструментальная промышленность выпускает две группы СТМ на основе нитрида бора (композиты) и углерода (поликристалические алмазы). Твёрдость поликристаллических алмазов выше, чем твёрдость композитов. Однако теплостойкость в 1,5–2 раза ниже. Композиты практически инертны к чёрным металлам, а алмазы проявляют к ним значительную активность при высоких температурах. Это приводит к тому, что инструмент из СТМ наиболее выгодно использовать на автоматических линиях, станках с ЧПУ, в гибких производственных модулях и др., т. е. там где обеспечивается оптимальный режим резания, имеется возможность плавного ввода и вывода инструмента из контакта с обрабатываемой заготовкой, высокоэффективный контроль за его эксплуатацией.

Значительную роль при обработке резанием играют тип и геометрия режущей части инструмента, а также период стойкости, т. е. время работы в мин. до затупления и необходимости заточки. При назначении отмеченных параметров следует пользоваться справочной литературой или приложением настоящего пособия.

Элементы и геометрия резца. Резец – наиболее распространенный инструмент (рис.

223, б), применяемый при обработке материалов со снятием стружки на станках. Резцы различают по виду обработки и оборудования (токарные, расточные,

строгальные, долбежные, специальные); по выполняемой работе (проходные, подрезные, отрезные, расточные, резьбовые, фасонные, а также черновые, чистовые и для алмазного точения); по направлению подачи (радиальные и тангенциальные, а также правые и левые); по роду инструментального материала (из низко- и среднелегированной стали, быстрорежущие, твердосплавные, алмазные, минералокерамические); в зависимости от формы сечения стержня (прямоугольные, квадратные, круглые); по форме головки (прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые); по способу изготовления (цельные, с припаянной или закрепленной механически пластинкой, с приваренной головкой).

На рис. 223, б приведен токарный правый проходной резец. Стержень резца II служит для закрепления его в резцедержателе или в державке, причем резец опирается на подошву 7; головка резца I несет его режущие элементы. Пересечением передней поверхности 1 и главной задней поверхности 2 образуется главная режущая кромка 3, а пересечением передней поверхности и вспомогательной задней поверхности 4 – вспомогательная режущая кромка 6. Главная и вспомогательная режущие кромки соединяются вершиной резца 5.

Обтачивание является одним из основных видов обработки резанием, поэтому с условиями резания принято знакомиться при рассмотрении обтачивания.

Углы резца рассматриваются от основной плоскости и плоскости резания. Основная плоскость – плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам. Плоскость резания 2 – плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

Режущие свойства резца в значительной степени зависят от углов его заточки или, как принято говорить, от геометрии резца. Приведем определение углов резца (рис. 224).

ϕ – главный угол в плане, образованный проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи;

ϕ1 – вспомогательный угол в плане, образованный проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным подаче;

ε – угол при вершине резца между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость;

γ – главный передний угол, образованный плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, и передней поверхностью;

α – главный задний угол между плоскостью резания и главной задней поверхностью;

β – угол заострения между передней и главной задней поверхностями;

δ – угол резания, образованный плоскостью резания и передней поверхностью;

λ – угол наклона главной режущей кромки, составленный главной режущей кромкой и

прямой, параллельной основной плоскости, лежащей в плоскости резания и проходящей через вершину резца (измеряется в плоскости резания);

γ1 – вспомогательный передний угол между плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, и передней поверхностью;

α1 – вспомогательный задний угол, образованный вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку и перпендикулярной к основной.

Углы в плане ϕ, ϕ1 и ε измеряются в плоскости, параллельной основной; углы главной режущей кромки γ, α, β и δ – в главной секущей плоскости NN (рис. 224); углы вспомогательной режущей кромки – во вспомогательной секущей плоскости N1N1; α + β + γ = 90°; δ = α + β = 90° – γ; ϕ + ε + ϕ1 = 180°.

Углы резца имеют следующее основное назначение. Угол α способствует уменьшению трения между обрабатываемой поверхностью

заготовки и главной задней поверхностью резца. Его величина колеблется в пределах 4–15°, а чаще он равен 8°.

Углы ϕ и ϕ1 оказывает влияние на шероховатость обработанной поверхности, с Увеличение главного ϕ и вспомогательного ϕ1 углов резца в плане приводит к росту высоты неровностей. При чистовой обточке целесообразно пользоваться проходными резцами с малыми значениями углов ϕ и ϕ1.

Угол γ оказывает решающее влияние на процесс образования и схода стружки. Угол ε в значительной степени влияет на стойкость резца: чем больше этот угол, тем

(при прочих равных условиях) больше стойкость резца. Угол λ, способствует отводу стружки в ту или иную сторону. Для черновых резцов он

колеблется в пределах от 0 до +10°, для чистовых – от 0 до –3°.

Рис. 224. Геометрия резца

На рис. 225, а–в показано влияние угла λ на направление схода стружки. При λ = 0 главная режущая кромка расположена параллельно основной плоскости и при резании

стружка завивается в спираль (рис. 225, а). Если угол λ, отрицательный (рис. 225, б), то вершина резца находится выше других точек главной режущей кромки, поэтому стружка будет отходить в сторону обрабатываемой поверхности. При положительном угле λ, (рис. 225, в) вершина резца лежит ниже главной режущей кромки, в результате припуск снимается вначале отдаленными от вершины частями режущей кромки и в последнюю очередь вершиной резца,

поэтому стружка сходит в сторону обработанной поверхности. При положительных углах резец является более стойким, однако обработанная поверхность может быть повреждена сходящей стружкой, поэтому такие резцы применяют для предварительной (черновой) обработки.

Физические основы обработки металлов резанием

Резание металлов сопровождается сложной совокупностью различных деформаций –

смятия, сдвига, среза, сопровождающихся трением отделившейся стружки о переднюю поверхность резца и трением поверхности резания о заднюю поверхность резца.

В результате упругопластической деформации металла, происходящей под воздействием режущего инструмента, образуются новые поверхности. Так как качество обработанной поверхности зависит от характера упругопластической деформации срезанного слоя, и этот слой изнашивает режущий инструмент, то в учении о резании металлов выделяют две основные проблемы: упругопластическую деформацию металлов в процессе образования стружки и изнашивание и стойкость режущего инструмента.

Основы резания остаются постоянными независимо от того, каким инструментом (резцом, фрезой, сверлом) производится обработка; изменяется лишь схема обработки.

На рис. 226, а приведена схема образования стружки при резании. Резец 3, перемещаемый в направлении стрелки Б, передней поверхностью 2 сминает и скалывает частицы металла, лежащие выше плоскости ВА, причем образующаяся стружка 1 состоит из отдельных элементов: а, б, б, г, д, ... .

Вначале инструмент режущей кромкой внедряется в массу заготовки около точки А; далее при своем движении инструмент передней поверхностью давит на

верхний слой металла и отрывает его от основной массы заготовки (рис. 226, б). При этом срезаемый слой претерпевает сложную пластическую деформацию и когда создавшиеся в этом слое напряжения превзойдут прочность металла, происходит относительный сдвиг

Рис. 225

Рис. 226. Схема образования стружки при резании

частиц (скалывание) и образуется элемент стружки а (показан штриховой линией). Далее части припуска последовательно переходят в стружки (б, в, г, д и т. д.). Плоскость, в которой происходит скалывание элементов, называется плоскостью скалывания, а угол, образованный этой плоскостью и поверхностью резания, – углом скалывания. Величина угла скалывания зависит от свойств материала, геометрии инструмента, режима резания и колеблется в пределах от 145 до 155°. Внутри каждого элемента стружки наблюдаются плоскости скольжения, образующие текстуру стружки, как показано на элементах а, б, в (рис. 226, а).

Пластическая деформация распространяется также вглубь заготовки на некоторую величину h (рис. 226, в), в результате чего возникает наклеп под обработанной поверхностью, образуются остаточные напряжения. Нагрев при резании также изменяет свойства срезаемого и поверхностного слоев заготовки. Деформация металла срезаемого слоя заготовки увеличивается с увеличением его пластичности. Геометрия резца также влияет на усадку: усадка увеличивается с увеличением радиуса при вершине резца и уменьшается с увеличением углов ϕ и γ, а также с применением смазочно-охлаждающих жидкостей.

Коэффициент продольной усадки ζ определяется из выражения ζ = L0/L.

где L0 – путь резца по обработанной поверхности; L – длина стружки. При обработке мягких углеродистых сталей, меди образуется сливная стружка (рис.

226, б), отдельные элементы которой явно не выражены; при этом ζ = 2–3. При обработке твердых сталей и некоторых видов латуни с малыми скоростями резания и большими

подачами образуется стружка скалывания (рис. 226, а) с ζ = 1,5–1,8; при обработке чугунов и других хрупких металлов – стружка надлома (рис. 226, г), здесь ζ = 1,1– 1,2.

Вследствие большого давления и высоких температур в зоне резания в определенных условиях на резце образуется нарост (рис. 227) из сильно деформированных частиц металла заготовки, временно застаивающихся на передней поверхности резца. Нарост увеличивается за счет новых наслаивающихся частиц,

пока не сорвется и отойдет со стружкой (со стороны передней поверхности резца) или будет увлечен заготовкой (со стороны задней поверхности резца). Наросты возникают хаотично (до 200 раз в секунду), частота образования их зависит от пластичности и вязкости обрабатываемого металла, геометрии резца и скорости резания. Образование наростов оказывает вредное влияние на процесс резания и качество обработки: увеличивает шероховатость обработанной поверхности, снижает точность обработки, может вызывать вибрации системы станок – приспособление – инструмент – деталь. С увеличением скорости резания частота образования наростов уменьшается, а при скорости резания 50–70 м/мин и выше наросты не возникают.

Тепловые явления при резании металлов Процесс резания металлов сопровождается значительным тепловыделением в

результате того, что механическая работа резания переходит в тепловую энергию. Температура в зоне резания достигает 500–1000 °С. Основными источниками возникновения тепла в зоне резания являются:

1. Внутреннее трение между частицами срезаемого слоя в результате его пластической деформации при образовании стружки (Q1);

2. Трение стружки о переднюю поверхность инструмента (Q2);

Рис. 227

3. Трение поверхности резания и обработанной поверхности по задним поверхностям инструмента (Q3).

Схема расположения источников тепла в зоне резания представлена на рис. 228. Наиболее интенсивное выделение тепла происходит в области стружкообразования,

прилегающей к плоскости скалывания 1–1 в этой области теплота выделяется в результате двух одновременно протекающих процессов: во-первых, в результате пластической деформации сдвига элементов образующейся стружки по плоскости скалывания; во-вторых, в результате пластической деформации сжатия и частично пластической деформации смятия тонкого слоя металла примыкающего к плоскости скалывания со стороны срезаемого слоя припуска. Этот слой показан на рис. 229. и выделен штриховкой.

Упругая деформация всегда предшествует пластической деформации и потому имеет

место и при пластической деформации срезаемого слоя при резании металлов. Пластическая деформация в этом слое обнаруживается путем измерения микротвердости и существует по той же причине, что и деформация материала под поверхностью резания и под обработанной поверхностью. Возможно количество тепла, выделяющегося в результате упругой деформации невелико, но предполагать вероятность этого процесса и учитывать его существование необходимо.

Общее количество выделяющегося при резании тепла равно сумме тепла, выделившегося во всех перечисленных выше источниках:

321 QQQQобщ ++= . Тепло, образующееся в процессе резания, не аккумулируется в местах его образования,

а распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с низкой температурой. Из зоны резания тепло уносится со стружкой (q1), передается в заготовку (q2) и инструмент (q3) и распространяется в окружающую среду (q4).Тепловой баланс процесса резания может быть выражен уравнением:

Q1 + Q2 + Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 Соотношение количества тепла, отводимого со стружкой в деталь, в инструмент и

окружающую среду, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущего инструмента и внешних условий, в которых осуществляется резание.

В начале обработки температура в зоне резания растет до какого-то определенного

значения и устанавливается постоянной, соответствующей стационарному тепловому режиму, при котором выделение тепла равняется отводу его по перечисленным направлениям. Для практических целей наибольший интерес представляет температура рабочей части инструмента и обрабатываемой заготовки. Тепло, переходящее в заготовку,

Рис. 228. Источники тепла в зоне резании

Рис. 229. Слой упруго-пластической

деформации впереди зоны стружкообразования, перед плоскостью скалывания 1-1

увеличивает ее температуру и вызывает температурное изменение ее размеров и коробление, подчас являющееся причинами брака.

Теплота, переходящая в инструмент, при всей своей относительной незначительности, концентрируясь в малых объемах материала инструмента, вызывает сильный разогрев его в этих объемах и снижение режущих свойств и износоустойчивости инструмента. С увеличением скорости резания доля тепла, переходящего в инструмент, уменьшается (рис. 230), но абсолютное его количество возрастает и температура в зоне резания увеличивается до значений, близких к температуре красностойкости металла инструмента.

Установлено, что в процессе резания металлов около 80% работы затрачивается на пластическое и упругое деформирование срезаемого слоя и слоя, прилегающего к обработанной поверхности и поверхности резания, и около 20% работы – на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца. Примерно 85–90% всей работы резания превращается в тепловую энергию, количество которой (в зоне резания) существенно влияет на износ и стойкость инструмента, на шероховатость обработанной поверхности. Свыше 70% этой теплоты уносится стружкой, 15–20% поглощается инструментом, 5–10% – деталью и только 1% излучается в окружающее пространство. Температура в зоне резания зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрических параметров режущего инструмента и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. При

обработке стали выделяется больше теплоты, чем при обработке чугуна. С увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала температура в зоне резания повышается и при тяжелых условиях работы может достигнуть 1000–1100 °С. При увеличении подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Глубина резания оказывает наименьшее (по сравнению со скоростью и подачей) влияние на температуру в зоне резания. С увеличением угла δ резания и главного угла ϕ в плане температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса r скругления резца – уменьшается. Применение cмазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) существенно уменьшает температуру в зоне резания.

Применение СОТС благоприятно воздействует на процесс резания металлов: значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии на резание. При этом уменьшается наростообразование у режущей кромки инструмента и улучшаются условия для удаления стружки и абразивных частиц из зоны резания. Наименьший эффект дает применение СОТС при обработке чугуна и других хрупких материалов. При работе твердосплавным инструментом на высоких скоростях резания рекомендуется обильная и непрерывная подача СОТС, так как при прерывистом охлаждении в пластинах твердого сплава могут образоваться трещины и инструмент выйдет из строя. Наиболее эффективно применение СОТС при обработке вязких и пластичных металлов, при этом с увеличением толщины среза и скорости резания положительное воздействие СОТС на процесс стружкообразования уменьшается. Выбор СОЖ зависит от обрабатываемого материала и вида обработки. СОЖ должна обладать высокими охлаждающими, смазывающими антикоррозионными свойствами и быть безвредной для обслуживающего персонала. Все СОТС можно разбить на две основные группы – водосмешиваемые и масляные.

К первой группе относятся водные растворы и эмульсии, обладающие большой теплоемкостью и теплопроводностью. В состав водосмешиваемых СОТС могут входить

Рис. 230. Зависимость образования и распределения теплоты, от скорости резания

эмульгаторы, ингибиторы коррозии, биоциды, противоизносно-противозадирные присадки, антипенные добавки, электролиты, связующие вещества (вода, спирты, гликоли и пр.) и другие органические и неорганические вещества. В зависимости от химического состава все водосмешиваемые СОТС делятся на три типа: водоэмульсионные, полусинтетические и синтетические. Все водосмешиваемые СОТС поставляются в виде концентрата для последующего приготовления водной эмульсии. Как правило, концентрация рабочей эмульсии СОЖ составляет 2–15%. Водосмешиваемые СОТС обладают рядом преимуществ по сравнению с масляными: более высокой охлаждающей способностью, пожаробезопасностью и меньшей опасностью для здоровья работающего персонала, невысокой стоимостью рабочих растворов. Вместе с тем им присущ и ряд недостатков – повышенная поражаемость микроорганизмами, пенообразование, необходимость утилизации отработанных водных растворов.

Ко второй группе относятся минеральные масла, керосин, а также растворы поверхностно-активных веществ в масле или керосине. Жидкости этой группы применяются при чистовых и отделочных работах. Также нашли применение осерненные масла (сульфофрезолы), в которых в качестве активированной добавки используется сера. Масляные СОТС представляют собой минеральные масла вязкостью при 50 °С, в основном, от 2 до 40 мм2/с, без присадок или с присадками различного функционального назначения (антифрикционные, противоизносные, противозадирные, антиокислительные, моющие, антипенные, противотуманные, антикоррозионные и др.). Большинство масляных СОТС поставляются готовыми к применению и не требуют дополнительных мероприятий по приготовлению. поставляются готовыми к применению и не требуют дополнительных мероприятий по приготовлению. Обладая хорошими смазывающими свойствами, масляные СОТС имеют и недостатки: низкую охлаждающую способность, высокую стоимость, повышенную испаряемость и пожароопасность.

Элементы режима резания

При установлении режимов резания учитывается характер обработки, тип и материал

инструмента, его геометрические параметры, материал и состояние заготовки, тип оборудования и другие факторы.

Расчёт режимов чаще всего ведётся по следующей схеме t → s → v → Р, т.е. устанавливается глубина резания (t) подача (s), определяется скорость резания (v) и сила резания (Р), по которой рассчитывается потребная мощность станка.

Глубина резания при черновой обработке назначается по возможности максимальной (чаще всего равную всему припуску на обработку), а при чистовой – в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Подача при черновой обработке выбирается максимально возможной, исходя из жёсткости и прочности системы: станок – приспособление – инструмент – деталь; мощности станка, прочности режущей части инструмента и других ограничивающих факторов.

При чистовой обработке принимается во внимание требуемая степень точности и шероховатости обработанной поверхности.

Скорость и силы резания рассчитываются по эмпирическим формулам, устанавливаемым для каждого вида обработки. Значения коэффициентов и показателей степени, содержащихся в этих формулах даны в справочной литературе.

Силы резания при точении. При резании на резец действуют силы давления срезаемого слоя и обрабатываемой заготовки, а также силы трения о резец сходящей стружки и поверхности резания заготовки. При сложении этих сил образуется равнодействующая сила Р (рис. 231), которая в пространстве направлена по-разному в зависимости от геометрии резца, его установки, глубины резания и подачи, свойств обрабатываемого материала и других факторов. В связи с этим силу Р трудно измерить; для удобства измерений и расчетов эту силу представляют разложенной в пространстве по

системе прямоугольных координат на три составляющие: силу резания Рz, силу подачи Рх, радиальную силу Ру (рис. 231).

Сила Рz определяет крутящий момент на

шпинделе, эффективную мощность резания. По этой силе рассчитывают на прочность звенья привода шпинделя. Она определяется по формуле

pzpz yxpzz StCP ⋅=

где С – коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала; х и у – соответственно показатели степеней при глубине резания и подаче. При обработке чугуна, стали, бронзы х ≈ 1, у ≈ 0,75.

Для более точных расчетов Рz учитывают скорость резания, величину углов резца, материал его режущей части, наличие и вид охлаждающей

жидкости и т. д. Сила Pz измеряется в плоскости резания Сила Рх измеряется в плоскости, параллельной основной, и направлена в сторону,

обратную подаче; она используется для расчетов на прочность звеньев цепи подачи станка. Сила Ру измеряется в той же плоскости, что и сила Рх, и направлена перпендикулярно к

силе Рх. Силы Pz, Рх и Ру могут быть измерены инструментальными динамометрами или рассчитаны. Сила Ря составляет 10–25 % от Pz, а сила Ру – 30–50 % от Pz.

Определение рационального режима резания. Назначенный для обработки заготовки режим резания (глубина резания, подача, скорость) определяет основное технологическое время на ее обработку и соответственно производительность труда.

Работа резания переходит в тепло. Со стружкой уходит 80 % тепла и более, остальное распределяется между резцом, заготовкой и окружающей средой. Под влиянием тепла изменяются структура и твердость поверхностных слоев резца и его режущая способность, изменяются также и свойства поверхностного слоя заготовки. Режимы резания для каждого случая могут быть рассчитаны по эмпирическим формулам с учетом свойств обрабатываемого материала, установленной нормативами стойкости резца, его геометрии и применяемого охлаждения, а также с учетом точностных параметров обработанной заготовки, особенностей станочного оборудования и оснастки.

Скорость резания v – путь, пройденный в минуту точкой, лежащей на обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки резца; ее определяют по формуле

Kst

Cv

yvxvv=т ,

где тv – скорость резания при заданной стойкости инструмента, м/мин; Сv – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и нормальные условия его обработки; хv и yv – соответственно показатели степеней при глубине резания и подаче; K – коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки (наружное, внутреннее или поперечное точение, вид инструментального материала, охлаждение).

Такой расчет рационального режима трудоемок и применяется на практике при внедрении новых инструментальных и конструкционных материалов. По расчетам, проверенным практикой, составляют нормативы по выбору режимов резания в виде таблиц. В условиях производства нормативы могут уточняться на основе собственных показателей работы.

Когда определена скорость резания у, можно определить частоту вращения шпинделя п (об/мин):

),/(1000 Dvn π=

Рис. 231.Пространственная система сил при несвободном резании

что следует из формулы ,1000/Dnv π= где D – диаметр заготовки, мм Для возвратно-поступательного движения:

601000

)1(

⋅+⋅⋅= kmL

v,

где L – расчетная длина хода инструмента; m – число двойных ходов инструмента в минуту; k – коэффициент, показывающий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного хода.

Мощность при точении. По рассчитанным силе резания и скорости резания определяют мощность (кВт), необходимую на резание:

,100060⋅

= vPN z

p

Зная КПД станка η| (коэффициент, учитывающий затраты мощности на приведение в действие механизмов главного движения и движения подачи), можно определить мощность двигателя, Вт

./ηpдв NN =

Производительность обработки резанием может характеризоваться объемом металла, срезаемого в единицу времени.

Этот объем, мм3/мин, может быть определен как произведение площади поперечного сечения среза и длины пути, пройденного режущим инструментом в единицу времени – скорости резания:

Q = t·s·v·1000. Кроме того, производительность механической обработки может оцениваться также

величиной площади поверхности, обработанной в единицу времени, или по другим показателям.

Производительность обработки также можно оценить как число деталей, изготовленных в единицу времени. Время изготовления одной детали рассчитывается по формуле

вспиншт ТТТТ ++= 0 ,

где 0Т – машинное время обработки, затрачиваемое на резание (определяется для каждого

технологического способа); Тин – время подвода и отвода инструмента при обработке одной детали; Твсп – вспомогательное время установки и настройки инструмента.

Таким образом, производительность обработки резанием в первую очередь определяется машинным временем Т0. При токарной обработке

T0 = L·a/(n·s0·t), где L – расчетная длина хода резца; а – припуск на обработку; t – глубина резания; s0 – наибольшая подача.

Отношение a/t определяет требуемое число проходов инструмента при глубине резания t, следовательно наибольшая производительность будет при обработке с глубиной резания t= а, наибольшей подачей S0 и максимальной скоростью резания. Однако при увеличении производительности снижается качество поверхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резанием решается задача по установлению максимально допустимой производительности при сохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

Стойкость инструмента. Режущий инструмент, отделяя срезаемый слой металла, изнашивается, подвергаясь

воздействию обрабатываемого материала и стружки. Время работы инструмента до затупления (или между двумя переточками) называется стойкостью.

Стойкость инструмента зависит от скорости резания:

mТ

v

СТ = ,

где СТ – коэффициент, зависящий от вида и условия обработки; m – показатель степени, зависящий от свойств обрабатываемого материала, материала резца и вида обработки.

Скорость резания, а, следовательно и стойкость инструмента, зависят в первую очередь от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материала, глубины резания и подачи, геометрических параметров инструмента, свойств смазочно-охлаждающих жидкостей. Чем больше твердость и прочность обрабатываемого материала, тем больше сила резания, работа резания, выделяющаяся теплота, интенсивнее изнашивание, а значит меньше стойкость. Поэтому для сохранения стойкости необходимо снизить скорость резания.

Из рис. 232, видно, что глубина резания и подача оказывают на стойкость незначительное влияние по сравнению со скоростью резания.

При использовании как обрабатываемых, так и инструментальных материалов с

повышенной теплопроводностью увеличивается скорость отвода теплоты из зоны резания, что приводит к снижению температуры, уменьшается износ, повышается стойкость, следовательно, при той же стойкости можно увеличить скорость резания.

Геометрические параметры резца имеют существенное влияние на величину его стойкости.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей способствует повышению стойкости или скорости резания вследствие уменьшения трения на рабочих поверхностях и снижения температуры.

Период экономической стойкости резцов принимают в диапазоне 30–90 мин.

Шероховатость поверхности При механической обработке кроме точности геометрических размеров и форм,

формируется и качества поверхностных слоев детали. Влияние качества поверхностных

Рис. 232. Влияние режима резания на стойкость инструмента

слоев на эксплуатационные свойства огромно, изменяются: износостойкость; коррозионная стойкость; контактная жесткость; прочность соединений и другие свойства.

При высоком качестве обработанной поверхности увеличивается срок службы изделия, повышается его надежность.

Понятие о шероховатости поверхности – часть более широкого понятия о качестве поверхности, которое включает также физико-механические свойства поверхностного слоя детали.

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей поверхности с относительно малым шагом на базовой длине. Базовая длина l (рис. 233, а–в) – длина участка поверхности (от 0,01 до 25 мм), используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Стандартом установлено несколько параметров шероховатости поверхности, из которых приведем следующие:

Ур и УV (рис. 233, а) – высота выступа и глубина впадины профиля соответственно;

m – средняя длина профиля; Rm – наибольшая высота

неровностей профиля; Rz – высота неровностей профиля по

десяти точкам; определяется как сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины (рис. 233, б):

;5

)...()...(5151 cmcmpmpm

z

yyyyR

++−++=

Ra – среднее арифметическое отклонение профиля (рис. 98, б):

=

=n

iia xy

nR

1

)(1

,

где п – число выбранных точек на базовой длине l;

Sm – средний шаг неровностей (среднее значение шагов неровностей в пределах базовой длины).

Допустимые значения шероховатости поверхностей деталей указываются на чертежах. Значение параметра Ra для разных технологических методов обработки лежат в

пределах, мкм: – для предварительной черновой обработки – 100–22,5 мкм; – для чистовой обработки – 6,3–0,4 мкм; – для отделочной и доводочной обработки – 0,2–0,012 мкм.

Тема 9.2. Обработка заготовок на металлорежущих станков

Классификация металлорежущих станков

Металлообрабатывающими станками называют машины для формообразования

деталей из металлов (реже из пластмасс, керамики, стекла, камня и других материалов) путем снятия стружки или без снятия стружки (обкатывание роликами, нанесение рифлений и др.).

Рис. 233

Металлообрабатывающие станки играют важнейшую роль в производстве средств производства, в том числе и самих металлообрабатывающих станков, а также предметов потребления. Парк металлообрабатывающих станков является основой машиностроения.

Качество станков, их технический уровень на длительное время определяют производительность труда, качество и себестоимость продукции в машиностроении, поэтому во всех отраслях станкостроения непрерывно ведется работа по совершенствованию выпускаемого оборудования.

Особое внимание в последнее время уделяется выпуску станков с числовым программным управлением. Оборудование цехов этими станками позволяет резко повысить производительность труда, качество продукции, коренным образом изменяет характер труда станочников, освобождая их от утомительной и требующей напряженного внимания работы по установке лимбов, отсчетов по ним, переключения и реверсирования скоростей, смены инструментов, подводу и отводу исполнительных механизмов станков, применению физических усилий. Вместе с тем работа на этих станках требует от станочников-операторов высокой квалификации.

Металлообрабатывающие станки классифицируют в зависимости от вида обработки, определяемого принятой схемой обработки и применяемыми инструментами (рис. 234).

Рис. 234. Классификация металлорежущих станков

Деление станков на группы производится в зависимости от характера главного движения и движения подач, распределения функций главного движения и движения подач между исполнительными механизмами, несущими инструменты и заготовки, и от вида применяемых инструментов.

В практике станкостроения изготовляемым станкам принято присваивать шифр в виде сочетания определенных букв и цифр.

Первая цифра шифра станка определяет его группу: 1 – токарные станки, 2 – сверлильные и расточные, 3 – шлифовальные, заточные, доводочные, 4 – комбинированные, 5 – зубо- и резьбообрабатывающие, 6 – фрезерные, 7 – строгальные, долбежные, протяжные, 8 – разрезные, 9 – разные (опиловочные, делительные, балансировочные и др.).

Внутри каждой группы станки подразделяют на типы и типоразмеры в соответствии с конструктивными особенностями, размерами, степенью точности, числом шпинделей, степенью универсальности или специализации.

Станки перовой группы предназначены для точения, их парк составляет до 30 % общего парка станков. Станки второй группы предназначены для образования и обработки различных отверстий, парк этих станков – свыше 20 %. Шлифовальные станки составляют третью группу (более 20 % станочного парка). Четвертая и пятая группа составляют 6 % станочного парка; шестая группа – 15 %, седьмая – 4 %. Остальную долю станочного парка составляют восьмая и девятая группы. Разрезные станки служат для разрезания проката и других материалов. Девятая группа охватывает станки для осуществления различных технологических процессов: балансировки, правки и т. д.

Номера, определяющие группу и тип, положены в основу буквенно-цифрового обозначения большинства моделей металлорежущих станков: первая цифра обозначает группу, вторая – тип. Последующие цифры характеризуют какой-либо важнейший параметр станка (наибольший диаметр обработки, размеры стола и т. п.). При изменении (улучшении) конструкции станка модели присваивают новое обозначение, вводя буквы после первой или второй цифры либо в конце обозначения. Буква, стоящая после первых цифр означает исполнение или модернизацию станка относительно базовой модели. А буква в конце цифровой части обозначает модификацию, класс точности станка или его особенности. Так, в обозначениях 6Т80Г и 6Н80Г буквы «Т» и «Н» означают станки различных серий, а буква «Г» – горизонтально-фрезерный станок, а для токарно-винторезного станка 16К20П, последняя буква «П» – это повышенный класс точности.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) имеют в обозначении модели букву «Ф» и цифру после нее, означающую принятую систему управления: Ф1 – с цифровой индикацией и набором координат; Ф2 – с позиционными системами; Ф3 – с контурными системами; Ф4 – с универсальными системами для позиционной и контурной обработки.

По назначению различают станки: широкоуниверсальные, универсальные, широкого назначения, специализированные, специальные.

Универсальные станки обрабатывают разнотипным инструментом различающиеся по размерам, форме и расположению поверхностей заготовки.

Станки широкого назначения характеризуются однотипностью применяемого инструмента.

Специализированные станки предназначены для обработки однотипных заготовок различных размеров.

Специальные станки предназначены для выполнения определенных видов работ на заготовках одинаковых размеров и конфигурации.

По массе: легкие (до 1т ), средние (до 10т ), тяжелые (свыше 10т ) и уникальные (свыше 100т ).

По степени автоматизации: с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы. По компоновке основных рабочих органов: горизонтальные и вертикальные.

Методы обработки резания

Точение

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения. Процесс резания осуществляется на токарных станках (рис. 235) при вращении

обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении резца (движение подачи). Шпиндель представляет собой полый вал. На правом конце шпинделя крепится

приспособление (например, патрон), зажимающее заготовку. Коробка скоростей служит для изменения частот вращения шпинделя. Исходя из условия постоянства относительного изменения скорости в приводах со ступенчатым регулированием, стандартизированы знаменатели рядов геометрической прогрессии частот вращения: ϕ = 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0. Если минимальная частота вращения шпинделя станка обозначить n1, то следующую n2 можно определить по формуле n2 = n1·ϕ, n3 = n2·ϕ и т.д. Суппорт – устройство для закрепления резца и обеспечения движения подачи, т.е. перемещения резца в продольном и поперечном направлениях. Движение подачи может осуществляться вручную или механически. Механическое (автоматическое) движение подачи суппорт получает от ходового вала 15 или ходового винта 14 (при нарезании резьбы). Суппорт состоит из следующих сборочных единиц; продольных салазок 6, фартука 10, поперечных салазок 3, верхних (резцовых) салазок 4, рез резцедержателя. Коробка подач представляет собой механизм, передающий вращение от шпинделя к ходовому валу или ходовому винту. Коробка подач служит для изменения скорости движения подачи суппорта (величины подачи). Вращательное движение к коробке подач передается от шпинделя через реверсивный механизм (трензель) и гитару со смежными зубчатыми колесами. Гитара 4 предназначена для настройки станка на различные виды нарезаемых резьб. Задняя бабка 5 предназначена для поджатая с помощью центра длинных заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и подачи стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток).

14 15

Рис. 235 Общий вид токарно-винторезного станка:1 – передняя тумба (с электродвигателем главного привода станка); 2 – станина; 3 – коробка подач; 4 – коробка сменных зубчатых колес (для наладки станка на нарезание резьбы); 5 – панель управления коробкой скоростей; 6 – передняя бабка (в ней смонтирована коробка скоростей и шпиндель); 7 – патрон для закрепления заготовки; 8 – поворотный четырехпозиционный резцедержатель; 9 – продольный суппорт (обеспечивает продольную подачу); 10 – поперечная каретка (обеспечивает поперечную подачу и подачу под углом к оси вращения заготовки); 11 – фартук (в нем смонтированы механизмы, преобразующие вращательное движение ходового валика и ходового винта в поступательные движения суппортов; 12 – задняя бабка; 13 – задняя тумба с насосной станцией; 14 – ходовой винт; 15 – ходовой вал

Движение подачи осуществляется: – параллельно оси вращения заготовки (продольная); – перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная); – под углом к оси вращения заготовки (наклонная). Схемы обработки поверхностей заготовки точением представлены на рис. 236. По технологическим возможностям точение условно подразделяют на: черновое,

получистовое, чистовое, тонкое. При черновом обтачивании снимается значительное количество стружки, в результате

чего получают поверхность с шероховатостью Ra = 20–80 мкм. Обтачивание выполняют проходными резцами, которые делятся на черновые и чистовые. Черновые прямые правые и левые, отогнутые правые и левые используют для чернового обтачивания заготовок. Углы черновых резцов и радиус при вершине выбирают так, чтобы обеспечивалась стойкость резцов и легкое резание.

При чистовом обтачивании получают поверхности с шероховатостью Ra = 0,6–5 мкм.

Различают чистовые резцы с большим радиусом закругления при вершине и широкие резцы. Припуски на чистовое обтачивание – 1–2 мм. Подача при чистовом обтачивании резцами с закругленной кромкой должна быть небольшой — 0,2 мм/об., а при обтачивании широкими резцами от 3 до 30 мм/об.

В качестве режущего инструмента при точении используют резцы. Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение.

Различают резцы (рис 237): – проходные – для обтачивания наружных цилиндрических и конических

поверхностей; – расточные – проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий; – отрезные – для отрезания заготовок;

Рис. 236. Основные виды токарных работ (стрелками показаны направления перемещения инструмента и вращения заготовки): а – обработка наружных цилиндрических поверхностей; б – обработка наружных конических поверхностей; в – обработка торцов и уступов; г – вытачивание пазов и канавок, отрезка заготовки; д – обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей; е – сверление, зенкерование и развертывание отверстий; ж – нарезание наружной резьбы; з – нарезание внутренней резьбы; и – обработка фасонных поверхностей; к – накатывание рифлений

– резьбовые – для нарезания наружных и внутренних резьб; – фасонные – для обработки фасонных поверхностей; – прорезные – для протачивания кольцевых канавок; – галтельные – для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по

радиусу. По технологическим возможностям точение условно подразделяют на: черновое,

получистовое, чистовое, тонкое. По характеру обработки – черновые, получистовые, чистовые. По направлению движения подачи – правые и левые (справа на лево и слева на право)

(рис. 238). По конструкции – целые, с приваренной или припаянной пластиной, со сменными

пластинами. Приспособления для закреплению заготовки зависит от типа станка, вида

обрабатываемой поверхности, требуемой точности обработки, характеристики заготовки (l/d – отношение длины к диаметру характеризует жесткость заготовки), точности обработки и других факторов.

Рис. 238. Виды токарных резцов (по направлению подачи и по форме головки): а – левый; б – правый; в – прямые; г — отогнутые; д — оттянутые; е — изогнутый

Рис. 237. Виды токарных резцов (по назначению): а – проходные; б – проходной упорный; в – расточной проходной; г – расточной упорный; д – торцевой; е – канавочный, ж – отрезной; з – фасонный; и – резьбовой

Способы крепления заготовок на токарно-винторезном станке

Рис. 239. Установка заготовок в патроне (а) и в патроне с поджимом задним центром (б): 1 – заготовка; 2 и 3 – резцы

а б

Рис. 241. Закрепление заготовки на планшайбе. 1 – планшайба; 2 – противовес; 3 – обрабатываемая деталь; 4 – угольник

Рис. 240. Люнеты: а – подвижный; б – неподвижный: 1 – верхняя (откидная) часть; 2 – винты; 3 – болты; 4 – кулачки или ролики; 5 – планка; 6 – болт с гайкой

а б

При l/d < 4 заготовки закрепляют в патроне (рис. 239, а), при l/d = 4–10 – в центрах или в патроне и центре задней бабки (рис. 239, б) и l/d > 10– в центрах с поддержкой люнетом (рис. 240). Самой распространенной является установка обрабатываемой заготовки в центрах станка. Заготовку обрабатывают в центрах, если необходимо обеспечить концентричность обрабатываемых поверхностей при переустановке заготовки на станке, если последующая обработка выполняется на шлифовальном станке и тоже в центрах и если это предусмотрено технологией обработки.

При обработке несимметричных деталей и деталей сложной формы, которые невозможно закрепить в кулачковом патроне, применяют крепление на планшайбе (рис. 241)

Способы обработки конических поверхностей на токарных станках Точение конической поверхности при повороте поперечного суппорта при ручной

подаче, как показано на рисунке 242, а. Угол поворота определяют по формуле: tgα = (D – d)/2l, где D и d – диаметры конуса, мм; l – длина конуса, мм. Этим методом обрабатываются как наружные, так и внутренние конические поверхности.

Точение конических поверхностей можно осуществлять при повернутых верхних

салазках суппорта (рис. 242, а), широким резцом (рис. 242, б), сдвинутой задней бабке (рис. 242, в), с использованием копировальной линейки (рис. 242, г) и при совмещении продольной и поперечной подач. Широким резцом можно обтачивать конические поверхности длиной не более 15 мм.

Рис. 242. Способы обработки конических поверхностей: точение конической поверхности с поворотом поперечного суппорта и ручной подачи (а); 1 – ось поворота поперечного суппорта; 2 – рукоятка ручной подачи. Точение конусов широким резцом (б). Точение конусов при поперечном смещении корпуса задней бабки (в). Точение конусов при помощи копировальной (конусной) линейки (г); 1, 5 – болты крепления линейки; 2 – кронштейн; 3 – копировальная линейка; 4 – ползун; 6 – тяга; 7 – станина; 8 – деталь; 9 – поперечный суппорт

При сдвинутой задней бабке можно обрабатывать конусы с небольшими углами (α < 8°), так как максимальный сдвиг бабки в поперечном направлении относительно невелик, у средних станков до h 20 мм. Таким способом обрабатываются длинные детали с небольшой конусностью. Величина смещения задней бабки от оси h = L(D – d)/2l, где l – длина детали, мм. У средних станков до h 20 мм.

Обтачивание конусов с помощью копировальной линейки является наиболее универсальным способом, который обеспечивает получение углов более высокой точности. Таким способом обрабатываются конусные детали большой длины. Для этого на кронштейне, прикреплённом к станине, располагают линейку с ползуном, которая кинематически связана с поперечным суппортом.

На средних и крупных токарно-винторезных станках обтачивание конусов производится также методом совмещения продольной и поперечной (либо наклонной) подач, последняя выполняется повернутыми верхними салазками, имеющими механическую подачу от ходового валика.

Сверление

Сверление является основным способом получения глухих и сквозных цилиндрических

отверстий в сплошном материале заготовки. В качестве инструмента при сверлении используется сверло, имеющее две главные

режущие кромки (рис. 243).

Спиральные сверла изготовляют диаметром от 0,1 до 80 мм. Рабочая часть l сверла

имеет две винтовые канавки. Режущая часть l1, имеет два режущих зуба. У режущего зуба имеются: передняя поверхность 4 (рис. 243, в), задняя поверхность 3 и режущая кромка 2. Границей режущих зубьев является поперечная кромка 5. На калибрующей части l2 имеются ленточки 1, которые обеспечивают направление сверла при резании. Хвостовик l4 выполняют коническим для закрепления в шпинделе станка (непосредственно или с помощью переходных втулок) или цилиндрическим (рис. 243, б) для закрепления в патроне. Маркировку сверла ставят на шейку l3.

Угол 2ϕ при вершине сверла (между режущими кромками) может иметь значения от 80° (для алюминия, баббитов, пластмасс и других мягких материалов) до 140° (для мрамора и других хрупких материалов). Для сверления стали и чугуна этот угол равен 116–118°.

Рис. 243. Параметры и элементы спирального сверла: l – рабочая часть; l1 – режущая часть; l2 – калибрующая часть; l3 – шейка; l4 – хвостовик; 1 – ленточка; 2 – режущая кромка; 3 – задняя поверхность; 4 – передняя поверхность; 5 – поперечная кромка

Угол ω наклона винтовой канавки Определяет величину переднего угла, его значения колеблятся от 10 (для сверления хрупких материалов) до 45° (для мягких материалов); длz стали и чугуна – 30°.

При сверлении возникает «увод» сверла из-за наличия поперечной кромки, которая при работе сверла не режет, а давит на заготовку. Установлено, что до 65 % усилия подачи приходится на поперечную кромку. Для облегчения работы сверла поперечную кромку подтачивают (рис. 243, г); с той же целью производят двойную заточку сверл, работающих по чугуну и стали, с углом 2ϕ, от 75 до 80° (рис. 243, д). Ширину b задней поверхности второй заточки выбирают в пределах от 0,18D до 0,22D (D – диаметр сверла). В результате двойной заточки увеличивается ширина стружки за счет ее толщины, уменьшается угол при вершине, поэтому увеличивается стойкость сверла.

Для сверления используются сверлильные, расточные и токарные станки. На сверлильных станках сверло совершает вращательное (главное) движение и

продольное ( движение подачи) вдоль оси отверстия, заготовка неподвижна (рис. 244, а). При работе на токарных станках вращательное (главное движение) совершает

обрабатываемая деталь, а поступательное движение вдоль оси отверстия (движение подачи) совершает сверло (рис. 244, б).

Диаметр просверленного отверстия можно увеличить сверлом большего диаметра. Такие операции называются рассверливанием (рис. 244, в).

При сверлении обеспечиваются сравнительно невысокая точность и качество поверхности Ra = 10–20 мкм.

а б

в г

д

Рис. 244. Схемы сверления, зенкерования и развертывания

е ж и к

Для получения отверстий более высокой точности и чистоты поверхности после сверления на том же станке выполняются зенкерование (рис. 244, г) и развертывание (рис. 244, д).

Зенкерование – обработка предварительно полученных отверстий для придания им более правильной геометрической формы, повышения точности и снижения шероховатости. Многолезвийный режущим инструментом – зенкером, который имеет более жесткую рабочую части, так как отсутствует поперечная кромка число зубьев не менее трех (рис. 244, г).

Развертывание – окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой в целях получения высокой точности (IT5–6) и низкой шероховатости Ra = 0,3–2 мкм. Развертки – многолезвийный инструмент, срезающий очень тонкие слои с обрабатываемой поверхности (рис. 244, д).

Зенкование под головку болта и головку винта зенковками (рис. 244, е, ж). Цекование опорной поверхности под головку болта цековкой (рис. 244, и). Обработка отверстия комбинированным инструментом (коническим и цилиндрическим зенкерами) (рис. 244, к).

Элементы режима резания при сверлении показаны на рис. 245. Допустимую скорость резания v (м/мин) при заданной стойкости осевого инструмента (сверла, зенкера, развертки и т.д.) чаще всего выбирают из справочных таблиц. Значения подач (мм/об) в зависимости от материала обрабатываемой заготовки и диаметра сверла может колебаться от 0,06 до 0,3 мм/об.

Протягивание

Протягивание является высокопроизводительным методом обработки деталей разнообразных форм, обеспечивающим высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности(IT7–8). Шероховатость поверхности после протягивания составляет Ra = 0,3–3 мкм. Применяется протягивание в крупносерийном производстве.

При протягивании используется сложный дорогостоящий инструмент – протяжка. За каждым формообразующим зубом вдоль протяжки изготавливается ряд зубьев постепенно увеличивающейся высоты.

Процесс резания при протягивании осуществляется на протяжных станках при поступательном главном движении инструмента относительно неподвижной заготовки за один проход.

Движение подачи отсутствует. За величину подачи sZ принимают подъем на зуб, т.е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки; sZ является одновременно и глубиной резания. При протягивании подачи sZ колеблется от 0,05–0,15 мм, а скорость

l 2

l 1

Рис. 245 Элементы режима резания при сверлении: D – диаметр сверла (отверстия); t – глубина резания; S0 – подача, мм/об; sz – подача, мм/зуб, sz = s0/2 ; f – площадь поперечного сечения срезаемого слоя; L – приведенная длина; l0 – глубина сверления; l1 – путь врезания; l2 – перебег сверла

резания от 2 до 14 м/мин. Число деталей, обрабатываемых одной протяжкой до выходе из строя – от 3000 до 10000.

Протяжные станки предназначены для обработки внутренних и наружных поверхностей. По направлению главного движения различают станки: вертикальные и горизонтальные.

Схемы обработки заготовок на протяжных станках представлены на рисунке 246. Отверстия различной геометрической формы протягивают на горизонтально-

протяжных станках для внутреннего протягивания. Размеры протягиваемых отверстий составляют 5–250 мм.

Цилиндрические отверстия протягивают крупными протяжками после сверления, растачивания или зенкерования, а также литые или штампованные отверстия. Длина отверстий не превышает трех диаметров. Для установки заготовки с необработанным торцом применяют приспособление со сферической опорной поверхностью (может самоустанавливаться по оси инструмента), либо упор в жесткую поверхность (рис. 246, а, б).

Рис. 246. Схемы обработки заготовок на протяжных станках

Шпоночные и другие пазы протягивают протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствует профилю протягиваемого паза, с применением специального приспособления – направляющей втулки 3 (рис. 246, д).

Наружные поверхности различной геометрической формы протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания (рис. 246, е, ж).

Наружные поверхности заготовок типа тел вращения можно обрабатывать на специальных протяжных станках рис. 246, з.

Фрезерование

Фрезерование – высокопроизводительный и распространенный метод обработки

поверхностей заготовок: многолезвийным режущим инструментом – фрезой (рис. 247).

По исполнению фрезы делятся на цилиндрические, когда зубья располагаются только

на цилиндрической поверхности фрезы и торцевые, у которых режущие зубья располагаются на торцевой и цилиндрической поверхности фрезы.

Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы представлены на рис. 248.

Рис. 247. Классификация фрез

Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы, а вспомогательным

поступательное перемещение заготовки. Движение подачи может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно- фрезерные, и барабанно-фрезерные станки). Каждый режущий зуб при вращении фрезы врезается в

Рис. 248. Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы

а

б

в

г

д

и

к

л

м

р

н

п

т

е ж

заготовку и осуществляет резание только в пределах определенного угла поворота фрезы, а затем вращается в холостую до следующего врезания. Таким образом, особенностью процесса фрезерования является периодичность и прерывистость процесса резания каждым зубом фрезы, при чем процесс врезания зуба сопровождается ударами.

Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами (рис. 248, а) и на вертикально- фрезерных станках (рис. 249) торцовыми фрезами (рис. 248, б).

Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 248.в) и торцовыми фрезерными головками, а на вертикально- фрезерных станках – концевыми фрезами (рис. 248.г).

Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (рис. 248, .д) на горизонтально- фрезерных станках.

Уступы и пазы фрезеруют концевыми (рис. 248, е), Т-образными (рис. 248, ж) и дисковыми (рис. 248, и) фрезами.

Шпоночные пазы фрезеруют концевыми (рис. 248, к) и шпоночными (рис. 248, л) фрезами на вертикально- фрезерных станках или дисковыми фрезами на (рис. 248, м) горизонтально- фрезерных станках.

Наружные сферические поверхности фрезеруются резцовой головкой (рис. 248, н)

Внутренней сферические поверхности могут фрезероваться концевой фрезой (рис. 248, п).

Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей фрезеруют фасонными фрезами соответствующего профиля (рис. 248, р).

Пространственно сложные поверхности обрабатывают на копировально-фрезерных

автоматах (рис. 248, т). Обработку производят специальной концевой фрезой. Фрезерование ведут по трем координатам: x, y, z (объемное фрезерование).

Величина подачи (s) при фрезеровании определяется главным образом заданной величиной шероховатости обработанной поверхности, а также типом фрезы и твердостью обрабатываемого материала и других факторов. Для чернового фрезерования (Rz = 40–30 мкм) sz = 0,5–0,15 мм/зуб (рис. 250); при черновом фрезеровании большие значения подач применяют для торцевых и цилиндрических фрез, а меньшие – для концевых (обработка пазов) и дисковых фрез.

При чистовом фрезеровании sz = 0,02–0,1 мм/зуб. Глубина резания (t) и ширина фрезерования (В) зависят от мощности станка.

В технологических расчетах применяют и другие размерности подач: s0, мм/об; sм, мм/мин

sм = s0 n = sz z·n, где z – число зубьев фрезы; п – частота вращения фрезы (шпинделя), об/мин.

Рис. 249 Компоновка основных узлов вертикально-фрезерного станка: 1 – станина; 2 – коробка скоростей; 3 – шпиндельная головка; 4 – шпиндель; 5 – стол для установки и крепления заготовки; 6 – салазки; 7 – консоль; 8 – коробка подач

Строгание и долбление

Строгание – называют операцию механической обработки, выполняемую резцами при возвратно-поступательном главном движении и прерывистом движении подачи, выполняемом в конце обратного хода. Функции главного движения и движения подачи распределяются между заготовками и инструментами в зависимости от типа станка (продольно-строгального, поперечно-строгального, долбежного, специального). При строгании стружка, как правило, снимается при рабочем ходе (рис. 251). Стрелками указано направление рабочего vр и холостого vх хода.

На рис. 252 приведена схема долбления резцом, оснащенным пластинкой из твердого сплава, указаны передний γ и задний α углы резца. Направление главного движения при долблении – вертикальное. Долбление применяют при обработке канавок, плоских, фасонных поверхностей заготовок небольшой высоты при больших поперечных размерах. Наименование, характеристики элементов и углов строгальных и долбежных резцов те же, что и у токарных.

Строгальные резцы изготовляют прямыми, чаще изогнутыми. Под влиянием давления

резания резец в той или иной степени изгибается, причем его вершина поворачивается, что

Рис. 250 Элементы режимов резания при фрезеровании: а – встречное фрезерование; б – попутное фрезерование

а б

Рис. 251. Элементы резания при строгании: t – глубина строгания, s – подача, a, b – толщина и ширина стружки

Рис. 252. Схема долбления резцом

при обработке прямыми резцами (рис. 253, а) ведет к заклиниванию, дрожанию и выкрашиванию резца; у изогнутого резца (рис. 253, б) вершина под действием давления отходит от обработанной поверхности и заклинивания не происходит.

Черновые резцы применяют для предварительной обработки заготовок. На рис. 254, а показан черновой резец. Чистовые резцы для строгальных работ имеют различную форму. На рис. 254, б приведен чистовой широкий резец. Существуют также чистовые резцы с большим радиусом при вершине, подобные токарным. Подрезные резцы (рис. 254, в) предназначены для обработки боковых поверхностей заготовок; они работают при вертикальной подаче. Прорезные резцы (рис. 254, г) используют главным образом при строгании пазов.

Строгание широко применяют при изготовлении рам и плит, для обработки направляющих станин станков, направляющих штанг, кромок листов.

Для более полного использования мощности станка применяется многорезцовое

строгание (рис. 255). Высокопроизводительное чистовое строгание осуществляется широкими строгальными резцами со вспомогательной режущей кромкой под углом ϕ1 = 0°,

длиной (1,2–1,8) s, оснащенными пластинками из твёрдых сплавов: Строгание ведётся при больших подачах – до 20 мм/дв. ход и более. Рациональный режим резания при строгании определяют по той же методике, что и при точении, с учётом соответствующих поправочных коэффициентов

Основные недостатки строгания удар инструмента (резца) в начале каждого рабочего хода и наличие холостого хода, что снижает стойкость инструмента и производительность обработки.

Продольно-строгальные станки предназначены для обработки плоских поверхностей крупных и средних заготовок. Продольно-строгальные станки выпускают с максимальной шириной строгания от 630 до 5000 мм и длиной строгания соответственно от 2000 до 12 500 мм. При обработке заготовок на продольно-строгальных станках, находящихся в хорошем состоянии, достигается высокая точность: при чистовом строгании – 10–11-й квалитеты при параметрах шероховатости поверхности Ra = 5–10 мкм, а при тонком строгании – 8–9-й квалитеты и Ra = 0,63–2,5 мкм.

Рис. 253 Рис. 254

Рис. 255. Схема многорезцового строгания

Продольно-строгальные станки применяют, также для окончательной обработки резцами с широкой режущей кромкой, например, направляющих станин станков. Такую обработку называют финишным строганием; она заменяет трудоемкую операцию шабрения.

Поперечно-строгальные станки применяют для обработки небольших заготовок. Для обработки крупногабаритных и тяжелых заготовок (локомотивные рамы, тяжелые

плиты) применяют портально-строгальные станки. При обработке на этих станках стол с заготовкой неподвижны, а движение совершает портал, несущий резцовые суппорты.

Шлифование

Шлифование – процесс обработки заготовок резанием с помощью инструментов

(кругов), состоящих из абразивного материала. Абразивные зерна расположены беспорядочно и удерживаются связующим

материалом. При вращательном движении в зоне контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100 млн. в мин.).

Процесс резания каждым зерном осуществляется мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микро-следов абразивных зерен и имеет малую шероховатость.

Режущей составляющей абразивного инструмента являются зерна абразивных материалов: окиси алюминия, карбида кремния, алмаза, кубического нитрида бора.

Абразивный материал имеет свою маркировку: а) электрокорунд нормальный – 12А – 18А; б) электрокорунд белый – 23А – 25А; в) хромистый электрокорунд – 32А – 34А; г) монокорунд – 43А – 45А; д) карбид кремния – 55С – 63С; е) карбид бора – К5; ж) алмаз природный – А1 – А8; синтетический – АС2 – АС50; з) кубический нитрид бора – ЛО; ЛП; ЛД; ЛОМ и др. Средняя величина зерен абразивного материала характеризуется зернистостью (табл. 27):

Таблица 27 Клссификация материала по зернистость

Группа материалов Размер зерна, мкм Зернистость Шлифзерно 160–2000 16–200 Шлифпорошки 40–125 4–12 Микрошлифпорошки 10–63 M14–M63 Тонкие шлифпорошки 3–10 M5–M10

Связка абразивного материала в инструменте может быть керамическая (К0–К7),

бакелитовая (Б–Б4), вулканитовая (В–В3), глифталевая (ГФ) и поливинилформалиевая (ПФ). Важной характеристикой абразивного инструмента является его твердость, т.е.

сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под влиянием сил резания. Чем тверже круг, тем большая сила необходима, чтобы вырвать зерно из связки, но в то же время в большей степени проявляется склонность инструмента к "засаливанию" (забиванию пор стружкой) особенно при шлифовании вязких материалов. По твердости абразивные инструменты классифицируют на:

– мягкие и среднемягкие (М1–М3, СМ1–СМ2); – среднемягкие и средние (СМ2, С1, С2); – средние и среднетвердые(С2, СП, СТ3); – среднетвердые и твердые (СП, СТ2, Т1, Т2); – весьма твердые и чрезвычайно твердые (ВТ1, ВТ2, ЧТ1, ЧТ2).

В характеристику абразивного инструмента входит структура, которая определяется объемной долей (%) зерна в круге. Различают три группы структур номеров: 1–5 (52–60 % зерен) – закрытые; 6–10 (42–48 % зерен) – открытые и 11 – 18 (26 –40 % зерен) – высокопористые.

Форма и размеры инструмента со связанным абразивом стандартизированы. Основные размеры кругов – наружный D и внутренний d диаметры и высота Н.

В соответствии с ГОСТ 2424–83 различают три класса точности кругов: АА, А и Б. Все перечисленные характеристики входят в маркировку абразивного инструмента. Например марка ПП350×40×127 45А 16СМ17К535м/сА1 кл ГОСТ 2424–83

расшифровывается следующим образом: ПП – прямого профиля; "350×40×127" – размеры круга в мм, D = 350, d = 127, Н = 40; 45А – монокорунд; 16 – зернистость, средний размер зерна 160 мкм; СМ1 –твердость: среднемягкий № 1; 7 – структура: открытая пористость; К5 – керамическая связка; 35 м/с – для работы с окружной скоростью 35 м/с; А1 – класс точности при классе неуравновешенности 1

С помощью шлифования производится чистовая и отделочная обработка деталей с высокой точностью размеров (до 0,001 мм) и необходимой шероховатостью (Rа = 0,15–1,2 мкм).

Главным движением при шлифовании является вращение шлифовального круга, окружная скорость которого составляет 8–50 м/с, а перемещение круга относительно детали является движением подачи.

Детали современных машин представляют собой сочетание плоских и круговых цилиндрических, конических наружных и внутренних поверхностей. Другие поверхности встречаются редко. В соответствии с формами деталей машин наиболее распространены схемы шлифования, приведенные на рис. 256. Различают следующие основные схемы шлифования: плоское, круглое, внутреннее.

Рис. 256. Основные схемы шлифования: а – плоское; б – круглое; в – внутреннее

г д

При плоском шлифовании (рис. 256, а) возвратно-поступательное движение заготовок необходимо для обеспечения продольной подачи sПР. Для обработки поверхности на всю ширину b заготовка или круг должны иметь поперечную подачу sП (в мм/дв.ход, мм/ход), которая осуществляется прерывисто при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически осуществляется движение вертикальной подачи sВ, в крайних положениях заготовки в конце поперечного хода.

Плоское шлифование может осуществляться периферией (рис. 256, а) или торцом (рис. 256, г) шлифовального круга.

При круглом шлифовании (рис.256, б) движение продольной подачи осуществляется возвратно-поступательным перемещением заготовки. Подача sПР соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является движением круговой подачи. Подача sП на глубину резания происходит при крайних положениях заготовки.

Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании показаны на рис. 256, в. Широкое распространение получило шлифование тел вращения на бесцентрово-

шлифовальных станках. При этом методе заготовка (вал) обрабатывается в незакрепленном состоянии (рис.256, д), располагаясь между вращающимися абразивными кругами, один из которых является рабочим, второй – ведущим.

Для выполнения процесса шлифования наружных поверхностей деталей используются кругло-шлифовальные, плоско-шлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки. Для обработки сложных фасонных поверхностей используются специальные ленто-шлифовальные станки.

В ленто-шлифовальных станках применяется инструмент в виде бесконечной абразивной ленты. Лента в процессе шлифования поверхности сложной формы (например: лопатки турбин) огибает сложную поверхность и перемещается в осевом и продольном направлениях.

Абразивный слой наносят на бумажную или тканевую основу ленты. Абразивной лентой обрабатываются только жесткие детали, не формирующиеся в процессе обработки. Данный способ не допускает обработки малых отверстий.

Технологические методы отделочной (финишной) обработки поверхностей деталей машин

Дальнейшее развитие машиностроения связано с увеличением нагрузок на детали машин, увеличением скоростей движения, уменьшением массы конструкции.

Выполнить эти требования можно при достижении особых качеств поверхностных слоев деталей.

С этой целью широко применяются отделочные методы обработки, для которых характерны малые силы резания, незначительное тепловыделение, малая толщина срезаемого слоя.

Хонингование Хонингование применяют для

получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости (Rа = 0,01 мкм), а также для создания специфического микро-профиля обработанной поверхности в виде сетки (для

Рис. 257. Схема хонингования

удержания смазочного материала на поверхности деталей). Поверхность неподвижной заготовки обрабатывается мелко-зернистыми абразивными

брусками, закрепленными в хонинговальной головке (хоне). Бруски вращаются и одновременно перемещаются возвратно- поступательно вдоль оси обрабатываемого отверстия (рис. 257, а). Соотношение скоростей движений составляет 1,5–10, и определяет условия резания.

При сочетании движений на обрабатываемой поверхности появляется сетка микроскопических винтовых царапин – следов перемещения абразивных зерен. Угол θ пересечения этих следов зависит от соотношения скоростей (рис. 257, б).

Абразивные бруски всегда контактируют с обрабатываемой поверхностью, так как могут раздвигаться в радиальном направлении. Давление бруска контролируется.

Хонингованием исправляют погрешности формы от предыдущей обработки. Этот процесс осуществляется на специальных хонинговальных установках. Хонингованием в основном обрабатываются отверстия (блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, компрессоров).

Суперфиниширование

Суперфиниширование уменьшает шероховатость поверхности, оставшуюся от предыдущей обработки. Получают очень гладкую поверхность, сетчатый рельеф, благоприятные условия для взаимодействия поверхностей.

Поверхности обрабатывают абразивными брусками, установленными в специальной головке. Для суперфиниширования характерно колебательное движение брусков наряду с движением заготовки (рис. 258).

Процесс резания происходит при давлении брусков (0,5–3)·105 Па в присутствии смазочного материала малой вязкости.

Амплитуда колебаний 1,5–6 мм. Частота колебаний 400–1200 мин–1. Бруски подпружинены и самоустанавливаются по обрабатываемой поверхности. Соотношение скоростей DSкр к Dr в начале обработки составляет 2–4, а в конце – 8–16.

Полирование

Полированием уменьшают шероховатость

поверхности. Этим способом получают зеркальный блеск на

ответственных частях деталей (дорожки качения подшипников) либо на декоративных элементах (облицовочные части автомобилей). Используют полировальные пасты или абразивные зерна, смешанные со

Рис. 258. Схема суперфиниширования

Рис. 259. Схема полирования

смазочным материалом. Эти материалы наносят на быстровращающиеся эластичные круги (фетровые) или на колеблющиеся щетки.

Хорошие результаты дает полирование быстродвижущимися абразивными лентами (шкурками).

Схема полирования представлена на рис. 259. При этом одновременно протекают следующие процессы: – тонкое резание; – пластическое деформирование поверхностного слоя; – химические реакции (воздействие на металл химически активных веществ).

Для процесса характерны высокие скорости, до 50м/сек. Заготовка поджимается к кругу силой Р и совершает движения подачи DSкр и DSпр в соответствии с профилем обрабатываемой поверхности.

В процессе полирования не исправляются погрешности формы.

Абразивно – жидкостная отделка

Данный вид обработки применяется для отделки объемно-криволинейных, фасонных поверхностей.

На обрабатываемую поверхность, имеющую следы предшествующей обработки, подают струи антикоррозионной жидкости со взвешенными частицами абразивного порошка.

Вводно-абразивная суспензия перемещается под давлением с большой скоростью. Частицы абразива ударяются о поверхность заготовки и сглаживают микронеровности.

Интенсивность съема материала регулируется зернистостью порошка, давлением струи и углом под которым подают жидкость.

Жидкостная пленка играет важную роль в данном процессе. Зерна, попадающие на выступы, легко преодолевают ее, а зерна, попадающие во впадины – встречают сопротивление, съем материала затрудняется, шероховатость сглаживается.

Метод жидкостного полирования успешно применяется при обработки фасонных внутренних поверхностей. Сопло вводится в полость заготовки, которая совершает вращательное и поступательное перемещения в зависимости от профиля обрабатываемой поверхности.

Понятия о механизации и автоматизации

Механизация и автоматизация технологических процессов – основное и наиболее

прогрессивное направление современного технического прогресса. Первым шагом к автоматизации технологического процесса является организация его по поточному методу, который предусматривает строго определенную последовательность действий. Для этого необходимое оборудование и рабочие места распологаются последовательно по ходу технологического процесса. Но обо всём этом по порядку.

Технологический процесс переработки сырья в продукцию можно выполнять без помощи машин, т. е. только за счет мускульной силы человека. Такой процесс называют ручным, или немеханизированным. Процесс переработки, в котором для облегчения своего труда человек использует машины, называют механизированным.

Механизация не освобождает полностью человека от непосредственного участия в переработке сырья. Любая механизированная операция состоит из двух частей – энергетической и информационной. Энергетическая операция включает рабочие операции, для выполнения которых необходимо приложить усилие, затратить энергию. Эти операции обычно и выполняют при помощи машин, станка. Информационная операция включает функции контроля выполняемой операции, ее регулирования, управления. Эти функции при механизации процесса выполняет человек.

Автоматическим называют процесс, в котором не только энергетические, но и контроля, регулирования, управления, т. е. информационные функции, переданы автоматическим устройствам. Чем больше энергетических операций выполняет машина, тем выше степень механизации процесса. Так, операция, выполняемая на круглопильном станке для продольного раскроя досок с механической подачей, стоит по степени механизации выше, чем операция, выполняемая на круглопильном станке с ручной подачей, где механизирован только процесс резания. Дальнейшее оснащение станка различными механизмами (загрузчиками, укладчиками) будет повышать степень механизации процесса пиления. Однако только в том случае, если процесс пиления управляется устройствами, исполняющими информационные функции, его считают автоматическим.

Различают частичную автоматизацию, при которой только часть информационных функций выполняется автоматами (например, управление), и полную автоматизацию, когда все информационные функции выполняются автоматами. Рабочий только настраивает автоматы, включает и выключает их, обеспечивает их работоспособность.

В зависимости от степени использования автоматизации в технологических процессах различают некомплексную и комплексную автоматизацию. Некомплексная автоматизация – это автоматизация отдельных, не связанных между собой технологических операций. Комплексная автоматизация – комплекс операций, выполняемых автоматически (например, все операции по изготовлению одной детали, узла или изделия). Комплексная автоматизация в зависимости от масштабов может быть осуществлена для участка, цеха, всего производства.

Для реализации в автоматических процессах информационных функций применяют специальные системы автоматических устройств. В зависимости от назначения различают следующие системы: автоматического контроля, автоматического управления технологическими потоками, автоматического регулирования, автоматической оптимизации.

Системы автоматического контроля выполняют следующие функции: измерение и регистрацию показателей технологического режима (давления, температуры, времени, расхода и др.); контроль качества исходных материалов и выпускаемой продукции; учет времени работы и простоев оборудования; учет количества выпускаемой продукции; расхода сырья и энергии. Системы автоматического управления технологическими потоками предназначены для выполнения технологических операций в заданной последовательности: включения, выключения, реверсирования двигателей; открывания и закрывания задвижек и клапанов и т. д.

Системы автоматического, регулирования предназначены для поддержания на заданном уровне или изменения по заданной программе технологических режимов (давления, температуры, влажности и др.). Системы автоматической оптимизации определяют и устанавливают оптимальный режим протекания технологического процесса (оптимальную скорость подачи, оптимальное время склеивания и т. п.).

Автоматизация в машиностроении применяется главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Она получила большое распространение в автомобильной и тракторной промышленности, в производстве сельскохозяйственных машин, электромоторов, подшипников, швейных машин, холодильников и т. д. В этих производствах имеется большое число автоматических линий и установок, выполняющих цикл операций одного технологического характера (изготовление шестерен, валиков и т. д. деталей, сборка отдельных комплектов и узлов), комплексно автоматизированы цехи и целые заводы.

Механизация и автоматизация должны быть характерны не только для крупносерийного и массового производства. Эти мероприятия необходимо проводить в производствах с небольшой номенклатурой изделий, т. е. в единичном и мелкосерийном производстве. В настоящее время широко применяют автоматические линии, которые обладают большой гибкостью и позволяют использовать их для обработки деталей, отличающихся формой и размерами. Возможность быстрой переналадки таких линий значительно расширяет область их применения.

В последние годы быстро распространяется новый вид оборудования для металлообработки – это станки и комплексы станков с программным управлением и автоматической сменой режущего инструмента, так называемые «обрабатывающие центры» и «машинные комплексы». Отличительными особенностями «обрабатывающих центров» являются автоматическая смена режущего инструмента и возможность выполнения в автоматическом цикле токарных, сверлильных, фрезерных и резьбонарезных операций в любом доступном для подвода режущего инструмента месте обрабатываемой детали. Эти станки имеют два и более столов, позволяющих совместить машинное время с вспомогательным временем, что дает возможность рабочему производить установку заготовки и снятие обработанной детали вне опасной зоны.

«Машинные комплексы» представляют собой соединение нескольких «обрабатывающих центров» в единую систему машин с помощью автоматических подъемно-транспортных устройств, работающих по соответствующим программам. Объем ручных операций при этом сводится к минимуму.

В общем комплексе задач по автоматизации технологических процессов большое значение имеют операции загрузки, закрепления и снятия деталей. Даже «машинные комплексы» не освобождают рабочего от тяжелого и изнурительного труда, связанного с разгрузочно-установочными операциями. Механизация загрузки и разгрузки превращает обычное неавтоматическое оборудование в автоматизированное и значительно сокращает долю ручного труда. Такие машины могут использоваться как самостоятельно, так и легко встраиваться в автоматические линии.

Уровень механизации и автоматизации технологического процесса определяют следующие показатели:

1. Степень охвата рабочих механизированным трудом См, %, определяется отношением числа рабочих, выполняющих работу механизированным способом РМ, к общему числу рабочих на данном потоке Р

См = (РМ/Р) 100 %. Например, на потоке работают Р = 120 чел., из них РМ = 60 чел. на механизированных

работах, тогда См = (60/120) 100 = 50 %. 2. Уровень механизированного труда Ум, %, в общих трудозатратах определяется по

формуле Ум = (РМ/Р)·К 100 = См К,

где К – коэффициент механизации труда рабочих, занятых механизированным трудом, и определяется отношением времени механизированного труда Тм, мин, к общим затратам времени (Тоб, мин), на данном оборудовании или потоке, К = Тм/Тоб. Например, общие затраты времени на потоке у рабочих, занятых механизированным трудом, Тоб = 2000 мин, из них машинное время (чистое время резания, строгания) составило Тм = 1600 мин. Коэффициент механизации труда К = 1600/2000 = 0,8. Уровень механизированного труда Ум = См·К = 50·0,8 = 40 %.

Тема 9.3. Электрофизические и электрохимические методы обработки (ЭФЭХ)

Характеристика электрофизических и электрохимических методов обработки

Электрофизические и электрохимические методы обработки, общее название методов

обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием – ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов – электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом.

Эти методы предназначены в основном для обработки заготовок из очень прочных, весьма вязких и хрупких материалов и имеют следующие преимущества:

– отсутствует силовое воздействие инструмента на заготовку (или очень мало и не влияет на суммарную погрешность обработки);

– позволяют менять форму поверхности заготовки и влияют на состояние поверхностного слоя: наклеп обработанной поверхности не образуется, дефектный слой незначителен; повышаются коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики поверхности;

– можно обрабатывать очень сложные наружные и внутренние поверхности заготовок (рис. 260).

ЭФЭХ методы обработки являются универсальными и обеспечивают непрерывность

процессов при одновременном формообразовании всей обрабатываемой поверхности. Эти методы внедряются в различных отраслях промышленности.

ЭФЭХ методы весьма разнообразны и условно их можно разделить на электрофизические (электроэрозионные, электромеханические, лучевые), электрохимические и комбинированные (рис. 261).

Рис. 261. Классификация электрофизических и электрохимических методов обработки

Рис. 260. Примеры деталей обработанных ЭФЭХ методами

Электроэрозионные методы обработки

Эти методы основаны на явлении эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока.

Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика – возникает электрический разряд. Разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного пространства диэлектрической жидкостью – керосин, минеральное масло.

При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов – образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного искрового или дугового разряда (рис. 262), в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10–2 секунд, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов.

На поверхности заготовки температура возрастает до 10000–12000 °C. Происходит мгновенное оплавление и испарение

элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка. Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром

0,01–0,005 мм. При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии

продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (0,01–0,05 мм) при заданном напряжении.

Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящих систем.

Электроискровая обработка

Рис.263. Схема электроискрового станка: 1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – заготовка-электрод; 4 – диэлектрическая жидкость; 5 – изолятор

Рис. 262. Схема электроэрозионной обработки: 1 – генератор, 2 – заготовка-электрод, 3 – инструмент-электрод, 4 – капли расплавленного металла, 5 – точка разряда, 6 – канал разряда, 7 – газообразные продукты распада

Схема электроискровой обработки представлена на рис. 263. При электроискровой обработке – используют импульсные искровые разряды между

электродами (обрабатываемая заготовка (анод) – инструмент (катод)). Конденсатор С заряжается через резистор R от источника постоянного тока

напряжением 100–200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3 достигает пробойного образуется канал, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором.

Продолжительность импульса 20–200 мкс. Точность обработки до 0,002 мм, Rа = 0,63–0,16 мкм. Для обеспечения непрерывности процесса зазор между инструментом и заготовкой

должен быть постоянным, поэтому станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента.

Электроискровой обработкой получают сквозные отверстия любой формы поперечного сечения, глухие отверстия и полости, отверстия с криволинейными осями (рис. 264), вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и внутреннее шлифование.

Изготовляют штампы и пресс-формы, фильеры, режущий инструмент. Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверхностного слоя металла.

На поверхность изделия наносят тонкий слой металла или композиционного материала. Подобные покрытия повышают твердость, износостойкость, жаростойкость, эрозионную стойкость и так далее.

Электроимпульсная обработка

При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (5–10 мс), в результате чего происходит дуговой разряд (рис. 265).

Большие мощности импульсов от электронных генераторов обеспечивают высокую производительность обработки.

Рис. 264. Схемы электроискровой обработки: а – прошивание отверстия с криволинейной осью; б – шлифование внутренней поверхности фильеры

Рис. 265. Схема электроимпульсной обработки: 1 – электродвигатель; 2 – импульсный генератор постоянного тока; 3 – инструмент-электрод; 4 – заготовка-электрод; 5 – ванна

Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в детали из коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов.

Электроконтактная обработка

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте

контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом (рис. 266): относительным движением заготовки или инструмента.

Источником теплоты служат импульсные дуговые разряды.

Этот вид обработки рекомендуется для крупных деталей из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких и специальных сплавов.

Этот метод применяют для зачистки отливок от заливов, отрезки литниковых систем, зачистки проката, шлифования коррозионных деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металлов при электролизе.

При прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки происходят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в химическое соединение.

Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом. Производительность этого способа зависит от электрохимических свойств электролита,

обрабатываемого материала и плотности тока. Электрохимическое полирование. Электрохимическое полирование осуществляется в ванне, заполненной электролитом

(растворы кислот и щелочей). Обрабатываемую заготовку подключают к катоду (рис. 267). Катодом служит

металлическая пластинка из свинца, меди, стали (иногда электролит подогревают).

При подаче напряжения начинается процесс растворения металла заготовки (в основном на выступах микронеровностей). В результате избирательного растворения,

Рис. 266. Схема электроконтактной обработки плоской поверхности: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – инструмент-электрод; 3 – трансформатор

Рис. 267. Схема электрохимического полирования: 1 – ванна; 2 – обрабатываемая заготовка; 3 – пластина-электрод; 4 – электролит; 5 – микровыступ; 6 – продукты анодного растворения

микронеровности сглаживаются, и обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск.

Улучшаются электрофизические характеристики деталей: уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой не деформируется, исключаются упрочнения и термические изменения структуры, повышается коррозионная стойкость. Этим методом получают поверхности под гальванические покрытия, доводят рабочие поверхности режущего инструмента, изготовляют тонкие ленты и фольгу, очищают и декоративно отделывают детали.

Электрохимическая размерная обработка

Электрохимическая размерная обработка выполняется в струе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток.

Электролит растворяет образующиеся на поверхности заготовки – анода соли и удаляет их из зоны обработки. Высокая производительность процесса заключается в том, что одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки.

Участки, не требующие обработки, изолируют. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование происходит по методу копирования (рис. 268).

Точность обработки повышается при уменьшении рабочего зазора. Для его контроля используют высокочувствительные элементы, которые встраивают в

следящую систему. Этот способ рекомендуют для обработки заготовок из высокопрочных сталей,

карбидных и труднообрабатываемых материалов. Также можно обрабатывать тонкостенные детали с высокой точностью и качеством обработанной поверхности (отсутствует давление инструмента на заготовку).

Комбинированные методы обработки

Электроабразивная и электроалмазная обработка. При таких видах обработки инструментом служит шлифовальный круг из абразивного

материала на электропроводящей связке (бакелитовая связка с графитовым наполнителем). Между анодом – заготовкой и катодом –

шлифовальным кругом имеется зазор, куда подается электролит. Продукты анодного растворения удаляются абразивными зернами; шлифовальный круг имеет вращательное движение, а заготовка – движение подачи, которые соответствуют процессу механического шлифования (рис. 269).

Введение в зону резания ультразвуковых колебаний повышает производительность в 2–2,5 раза при улучшении качества поверхности. Эти методы применяются для отделочной обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также нежестких заготовок, так как силы

резания незначительны.

Рис. 268. Схема электрохимической размерной обработки: 1 – инструмент – катод; 2 – заготовка – анод

Рис. 269. схема электроабразивного шлифования: 1 – заготовка; 2 – абразивные зерна; 3 – связка шлифовального круга

Анодно-механическая обработка

Анодно-механическая обработка основана на сочетании электротермических и

электромеханических процессов и занимает промежуточное место между электроэрозионным и электрохимическим методами.

Заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В качестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку.

Обработку ведут в среде электролита (водный раствор силиката кальция или натрия – жидкое стекло).

Рабочие движения, как при механической обработке резанием. Электролит в зону обработки подают через сопло (рис. 270).

При пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, как при электрохимической обработке.

При соприкосновении инструмента с микронеровностями заготовки происходит электроэрозия, присущая электроискровой обработке. Металл заготовки в месте контакта с инструментом разогревается и разжижается. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются при относительных движениях инструмента и заготовки.

Этим способом обрабатывают заготовки из высокопрочных и труднообрабатываемых

сплавов, вязких материалов. Этим способом разрезают заготовки на части, прорезают пазы и щели, обрабатывают

поверхности тел вращения, шлифуют плоские поверхности и поверхности, имеющие форму тел вращения, полируют поверхности, затачивают режущий инструмент.

Ультразвуковая абразивная размерная обработка

Сущность данной обработки заключается в изменении размеров, формы,

шероховатости и свойств поверхности обрабатываемых заготовок путем съема материала припуска импульсным ударным силовым воздействием частиц свободного абразива с частотой 16–30 кГц.

Ультразвуковая абразивная обработка эффективна при обработке заготовок из конструкционных материалов, имеющих низкую обрабатываемость резанием, электрофизическим и электрохимическим методами. Это заготовки из азотированных и цементированных сталей, а также хрупких и твердых неэлектропроводных, химически стойких материалов, таких как стекло, кварц, керамика, и др.

При обработке используют энергию ультразвуковых колебаний (рис. 271). Обрабатываемую заготовку 7 помещают в ванну под инструмент 2. В зону обработки подают абразивную суспензию 3, состоящую из абразивного материала и воды.

Главное движение при ультразвуковой обработке – продольные колебание торца инструмента высокой

Рис. 270. Схема анодно-механической обработки плоской поверхности

Рис. 271. Схема ультразвуковой обработки: 1 – деталь; 2 – ультразвуковой инструмент; 3 – абразивная суспензия

частоты и амплитуды. Движение Ds инструмента относительно заготовки является вспомогательным движением подачи.

В ходе обработки инструмент обеспечивает постоянный прижим абразивных зерен к обрабатываемой поверхности детали с усилием F = 1–60 Н.

Колеблющийся торец инструмента, ударяя по абразивным зернам, передает им энергию колебаний, а зерна, в свою очередь, острыми гранями откалывают частицы от хрупкого материала обрабатываемой заготовки

Источником механических колебаний, сообщаемых инструменту, является пьезоэлектрический или магнитоэлектрический преобразователь, преобразующий высокочастотные электрические колебания, вырабатываемые специальными генераторами, в механические колебания.

Изменяя форму инструмента и вид подачи, можно осуществлять различные операции ультразвуковой обработки свободными абразивными зернами.

Лучевые методы обработки

Электроннолучевая обработка – основана на превращении кинетической энергии направленного пучка электронов в тепловую энергию. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет обрабатывать заготовку за счет нагрева, расплавления и испарения материала с локального участка.

Схема электроннолучевой обработки представлена на рис. 272. Электронный луч образуется за счет эмиссии

электронов с нагретого в вакууме катода. Он с помощью электростатических и электромагнитных линз фокусируется на заготовке.

При размерной обработке установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки.

Электроннолучевой метод эффективен при обработке отверстий диаметром 0,010–1 мм, при прорезании пазов, резке заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги, изготовлении заготовок из труднообрабатываемых металлов и сплавов, керамики, кварца, полупроводникового материала.

Лазерная обработка – основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый генератор.

Энергия светового луча не велика 20–100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром 0,01 мм. Поэтому

температура в зоне контакта 6000–8000 °С. Слой металла мгновенно расплавляется и испаряется. С помощью этого метода

осуществляется прошивание отверстий, разрезание заготовки, прорезание пазов в заготовках из любых материалов (фольга из тантала, вольфрама, молибдена). Также с помощью этого метода можно осуществить контурную обработку по сложному периметру.

Среди прочих электрических способов обработки металлов нашел применение и такой способ, как электрохимическое шлифование, осуществляемое в электролите с помощью алмазного или абразивного кругов.

Рис. 272. Схема установки для электроннолучевой сварки: 1 – катод электронной пушки; 2 – электрод; 3 – анод; 4 и 5 – отклоняющая магнитная система; 6 – заготовка

По сравнению с традиционным шлифованием электрохимический имеет ряд преимуществ:

– исключаются сколы и трещины в металле при обработке хрупких сплавов; – исключаются прижоги при обработке мягких сталей; – резко повышается производительность; – снижается износ круга и его засаливание.

Плазменная обработка

Сущность обработки заключается в том, что плазму направляют на обрабатываемую

поверхность. Плазменная струя представляет собой направленный поток частично или полностью

ионизированного газа, имеющего температуру 10000–20000 °С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов используют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

С помощью этого метода прошиваются отверстия, вырезаются заготовки из листового материала, производится точение в заготовках из любых материалов.

При прошивании отверстий и разрезке головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении – углом 40–60°.

Плазменное напыление

Этот вид обработки осуществляется с целью получения заданных размеров. В камеру плазматрона подается порошкообразный конструкционный материал и

инертный газ под давлением. Под действием дугового разряда конструкционный материал плавится и переходит в

состояние плазмы; струя плазмы сжимается в плазматроне газом. Выходя из сопла, струя направляется на обрабатываемую заготовку.