Раздел II
Основы резания металлов на металлорежущих станках
Глава 6
Процесс механической обработки металла резанием
6.1. Общие сведения о резании металлов
Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхностей заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.
Заготовками для механических цехов служат прокат (круглый, квадратный, полосовой, трубы и т. д.), поковки, штамповки и отливки. Заготовки, поступающие в механические цехи, имеют припуск на обработку резанием. Припуск зависит от ряда факторов: размеров, формы и конструктивных особенностей изготовляемой детали, вида заготовки, масштабов производства (числа изготавливаемых деталей) и др. Припуск на сторону для штамповок составляет 1,5–7 мм, для поковок – 2,5–20, для отливок (в земляные формы) – 3–30 мм.
К основным методам обработки металлов резанием относятся точение (рис. 6.1а), сверление (рис. 6.1б), фрезерование (рис. 6.1в), строгание (рис. 6.1 г) и шлифование (рис. 6.1д). Из них наиболее распространенным и изученным методом с точки зрения теории резания металлов считается точение, у которого много общего со всеми другими методами механической обработки металлов, поэтому правильное понимание этого процесса облегчает изучение всех других методов обработки резанием.
Рис. 6.1. Схемы основных методов обработки материалов резанием:
а – точение; б – сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – шлифование
I – главное движение; II – движение подачи
Чтобы с заготовки срезать слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке и т. д. Движения рабочих органов станков делят на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.
За главное движение принимают то движение, которое определяет скорость деформирования и отделения стружки. За движение подачи принимают то движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными и т. д. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи – s.
Движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка на холостом ходу, переключение скоростей резания и подачи и т. п.
При токарной обработке (рис. 6.1а) главное движение резания I – вращение обрабатываемой детали, движение подачи II – движение резца. При строгании (рис. 6.1 г) главное движение I – перемещение резца относительно детали или детали относительно резца, что физически равноценно; движение подачи II – перемещение обрабатываемой детали на двойной ход резца в направлении, перпендикулярном к главному движению. При фрезеровании (рис. 6.1в) главное движение I определяется вращением фрезы, а движение II – движением подачи. При сверлении (рис. 6.1б) главное движение I – вращение сверла; движение подачи II – перемещение сверла в осевом направлении. При шлифовании (рис. 6.1д) главное движение I – вращение круга; движение подачи II – продольное или поперечное перемещение детали.
Главное движение по величине значительно больше движения подачи. Вспомогательные движения – установочные перемещения суппортов, задней бабки, поворот резцедержателя, перемещение траверсы и др.
При обработке резанием на детали различают обрабатываемую 1 (рис. 6.2) и обработанную 3 поверхности, поверхность резания 2.
Обрабатываемая поверхность – поверхность, с которой снимается стружка.
Обработанная поверхность – поверхность, полученная после снятия стружки.
Поверхность резания – поверхность, образуемая режущей кромкой резца в результате движений резания. Такая поверхность служит переходной между обработанной и обрабатываемой поверхностями.
Углы режущих инструментов наиболее часто определяют в статической системе координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки резца, ориентированной по направлению скорости главного движения резания. Для этого устанавливают исходные плоскости: основную и рабочую плоскости, плоскость резания.
Основная плоскость – плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного движения v.
Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости.
Рабочая плоскость – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения v и движения подачи vs (рис. 6.2). Скорость результирующего движения резания обозначена ve. При установке резца по центру детали основная плоскость параллельна плоскости основания резца.
Рис. 6.2. Поверхности и плоскости при обработке резцом:
1 и 3 – обрабатываемая и обработанная поверхности; 2 – поверхность резания; 4 и 6 – основная и рабочая плоскости; 5 и 7 – плоскости резания и основания резца
Пространственную конструктивную форму любой детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки заготовки конструктор стремится использовать следующие геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные и др. Любая геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности необходимо прямую линию (образующую) перемещать по окружности (направляющей).
При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. Они воспроизводятся во времени комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых строго согласованы между собой. Движения резания являются также формообразующими движениями. Механическая обработка заготовок деталей машин реализует в основном четыре метода формообразования поверхностей. Рассмотрим их на конкретных примерах.
Получение поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента является реальной образующей линией 1, форма которой совпадает или обратна той, которая является образующей линией поверхности детали (рис. 6.3а). Направляющая линия 2 воспроизводится во времени вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.
Рис. 6.3. Схемы методов формообразования поверхностей:
а – копирования; б – следов; в – касания; г – обкатки
Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки (рис. 6.3б). Здесь движения резания являются формообразующими. Этот метод формообразования поверхностей деталей распространен наиболее широко.
Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 является режущая кромка инструмента (рис. 6.3в), а направляющая линия 2 поверхности служит касательной к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.
Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 6.3 г) вследствие согласования между собой движения резания и движения подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния 1 резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими.
6.2. Смазочно-охлаждающие жидкости: виды и назначение
При использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии. Кроме того, уменьшается коэффициент внешнего трения (оказывается смазывающее действие), облегчается процесс пластических деформаций, уменьшается потребляемая мощность (молекулы поверхностно-активного вещества, проникая в микротрещины, оказывают расклинивающее действие) и снижается нагрев в зоне резания (охлаждающее действие). Применение СОЖ также препятствует образованию нароста у режущей кромки инструмента и способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резания.
Конец ознакомительного фрагмента.