Технологические возможности и область применения способов резания

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения (см. рис. 31.2, а). Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение) и пе­ремещении резца (движение подачи). С помощью точения выполняют опе­рации: обтачивание — обработку наружных поверхностей; растачивание — обработку внутренних поверхностей; подрезание — обработку торцевых поверхностей; резку — разрезание заготовки на части; резьбонарезание — нарезание резьбы.

По технологическим возможностям точение условно подразделяется на: черновое; получистовое; чистовое; тонкое. К черновому точению относят обдирку, отрезку и подрезку торцов заготовок. Обычно черновое точение используют для предварительной обработки заготовок. Чистовое обтачива­ние и растачивание обеспечивают обработку по 10—8-му квалитету и шеро-

ховатость поверхности >/— л/. Тонкое точение позволяет при обтачива­нии получить 6—7-й квалитет и шероховатость ¹% При точении параметры резания определяются скоростью резания v, подачей s₀ и глубиной резания h.

В качестве режущего инструмента при точении используются резцы (см. рис. 31.3, а). Головку резца изготавливают из инструментальных, быстроре­жущих сталей, твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых мате­риалов; стержень изготавливают из конструкционной стали.

Резцы классифицируют по материалу режущей головки, ее форме (пря­мые, отогнутые, изогнутые, оттянутые), виду выполняемой операции (про­ходные, отрезные и т. п.), виду точения (черновые, чистовые).

К конструкциям деталей, обрабатываемых точением, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность при обработке. Техноло­гичной является конструкция детали, масса которой уравновешена относи­тельно оси вращения, отсутствуют нежесткие валы и втулки; в чертеже дета­ли используются одинаковые радиусы скруглении; режущий инструмент имеет свободный вход и выход из материала заготовки: отсутствуют фасон­ные поверхности, требующие изготовления фасонных резцов; диаметры сту­пеней ступенчатых валов располагаются по возрастающей степени; участки вала или отверстия, имеющие один и тот же размер, но разный допуск, раз­делены кольцевой разделительной канавкой.

Сверление является основным способом получения глухих и сквоз­ных цилиндрических отверстий в сплошном материале заготовки (см. рис. 31.2, б). В качестве инструмента при сверлении используется сверло (см. рис. 31.3, в), имеющее две главные режущие кромки, переднюю кромку и две винтовые канавки, служащие для удаления стружки. Для сверления исполь­зуются сверлильные и токарные станки. На сверлильных станках сверло со­вершает вращательное (главное) движение резания и продольное (движение подачи) вдоль оси отверстия, заготовка неподвижна. При работе на токарных станках вращательное (главное) движение совершает обрабатываемая де­таль, а поступательное движение вдоль оси отверстия (движение подачи) совершает сверло.

Параметрами режима резания при сверлении являются скорость резания v (окружная скорость на периферии сверла) и подача s₀ (см. рис. 31.4, б).

Процесс стружкообразования при сверлении протекает в более тяжелых условиях по сравнению с точением, так как при сверлении более стеснен выход стружки и затруднен подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания.

При сверлении обеспечиваются точность не выше 14—12-го квалитета и шероховатость поверхности ^Rz8>/—^Rz6fy.

Для получения отверстий более высокой точности и чистоты поверх­ности после сверления на том же станке выполняются зенкерование и раз­вертывание.

К конструкциям деталей, обрабатываемых сверлением, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность при обработке. Тех­нологичной является конструкция детали, у которой отверстия выполняются сквозными, если к ним предъявляются высокие требования по точности; форма и размеры дна глухих отверстий соответствуют форме и размерам стандартного сверла; поверхность, в которую врезается сверло, перпендику­лярна направлению его движения; отсутствуют глубокие сквозные, глухие отверстия и отверстия с выточками; отверстия в детали с несколькими соос-ными отверстиями должны располагаться так, чтобы их диаметры уменьша­лись в одном направлении.

Строгание применяется при обработке плоских и фасонных линей­чатых поверхностей и различных канавок в условиях единичного и мелкосе­рийного производства (см. рис. 31.2, г).

Главное движение при строгании — возвратно-поступательное прямо­линейное, а движение подачи — шагообразное, направленное перпендику­лярно главному движению (см. рис. 31.4, г).

Обработку выполняют на строгальных станках. На продольно-строгальном станке главное движение осуществляет заготовка, а движение пода­чи — резец, на по поперечно-строгальном станке главное движение совершает резец, а движение подачи—заготовка, закрепленная на столе станка.

Процесс резания при строгании имеет прерывистый характер, и среза­ние стружки происходит только при встречном относительном движении резца и заготовки. Во время обратного (вспомогательного) хода резец работу не производит. Врезание резца в заготовку в начале каждого рабочего хода сопровождается ударом, за время холостого хода резец остывает, поэтому при строгании в большинстве случаев не применяются смазочно-охлаждаю-щие жидкости. Ударные нагрузки и циклический характер нагрева сущест­венно снижают стойкость резцов в сравнении с непрерывным резанием, по­этому строгание производят при умеренных скоростях резания. Головки и державки строгальных резцов выполняют более массивными, чем у токар­ных. При строгании параметрами режима, так же как и при точении, являют­ся скорость резания v, подача 5 и глубина резания И. В зависимости от пара­метров резания и вида резцов процессы строгания разделяют на черновые и чистовые. Чистовое строгание обеспечивает точность обработки по 8—7-му квалитету и шероховатость ¹% что не уступает поверхностям, полученным чистовым точением.

К конструкциям деталей, обрабатываемых строганием, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность. Технологичной при обработке строганием является конструкция детали, у которой форма по­верхности представляет плоскость или сочетание плоскостей; обрабатывае­мые поверхности расположены в одной плоскости, что позволяет обрабаты-

вать их за один проход; обрабатываемые поверхности заготовки расположе­ны в параллельных плоскостях и имеют разделительные канавки для выхода резца шириной Ъ = 10—15 мм при обработке на поперечно-строгальных станках и Ъ = 30—40 мм при обработке на продольно-строгальных станках; в углах пересечения обрабатываемых поверхностей предусмотрена раздели­тельная канавка для выхода резца; пазы, обрабатываемые строганием, явля­ются сквозными, обеспечивая свободный заход и выход резца.

Фрезерование является высокопроизводительным и широко рас­пространенным методом обработки резанием наружных и внутренних фа­сонных поверхностей (см. рис. 31.2, в). Обработка ведется многолезвийным режущим инструментом — фрезой (см. рис. 31.3, б). Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы, а вспомогательным — поступа­тельное перемещение заготовки. Каждый режущий зуб при вращении фрезы врезается в заготовку и осуществляет резание только в пределах определен­ного угла поворота фрезы, а затем вращается вхолостую до следующего вре­зания. Таким образом, особенностью процесса фрезерования является пе­риодичность и прерывистость процесса резания каждым зубом фрезы, при­чем процесс врезания зуба сопровождается ударами.

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 поверхно­стях фрезы. Соответственно, в зависимости от типа используемой фрезы, фрезерование подразделяется на цилиндрическое и торцевое. При цилиндри­ческом фрезеровании работу резания выполняют зубья, расположенные на цилиндрической поверхности фрезы, а при торцевом фрезеровании в работе резания участвуют как зубья на цилиндрической поверхности, так и зубья на торцевой поверхности фрезы. Фрезерование в обоих случаях делят на попутное либо встречное. Попутным называют фрезерование, когда направления главного движения резания и движения подачи совпадают, в противном случае фрезеро­вание называют встречным. Попутное фрезерование снижает износ фрезы и ше­роховатость обработанной поверхности, поэтому оно предпочтительнее.

При фрезерной обработке заготовок точность поверхностей, обрабаты­ваемых торцевой и цилиндрической фрезами, соответствует 11-му квалитету. Шероховатость при чистовом фрезеровании составляет ^Rz2^/. Основными параметрами резания при фрезеровании являются скорость главного движе­ния резания v, подача s, глубина резания h и ширина фрезерования В. Про­цесс фрезерования выполняется на станках фрезерной группы.

К конструкциям деталей, обрабатываемых фрезерованием, предъявляет­ся ряд требований, обеспечивающих их технологичность. Технологичной является конструкция, у которой обрабатываемые выступы имеют одинако­вую высоту; обрабатываемые посадочные места под присоединяемые детали

располагаются с наружной стороны корпуса; пазы открыты для ввода фрезы, иначе при обработке закрытых пазов потребуется засверливание отверстий для входа фрезы; форма пазов и прорезей позволяет вести обработку диско­выми, а не концевыми (торцевыми) фрезами.

Протягивание является высокопроизводительным методом обра­ботки деталей разнообразных форм и применяется в крупносерийном произ­водстве (см. рис. 31.2, д). При протягивании используется сложный дорого­стоящий инструмент — протяжки. Они представляют собой сложный много­лезвийный инструмент с необходимым числом зубьев, формообразующих периметр обрабатываемой поверхности. За каждым формообразующим зу­бом вдоль протяжки изготавливается ряд зубов постепенно увеличивающей­ся высоты. Процесс резания при протягивании осуществляется на протяж­ных станках при поступательном главном движении инструмента — протяж­ки — относительно неподвижной заготовки за один проход. В зависимости от обрабатываемой поверхности различают внутреннее и наружное протягивание.

При внутреннем протягивании обработке подвергаются внутрен­ние поверхности деталей замкнутого контура (отверстия круглые, много­гранные, шлицевые, шпоночные и др.). Наружным протягиванием обра­батывают наружные поверхности деталей типа шлицов, не имеющие замкну­той формы. Точность обработки поверхностей при протягивании соответст­вует 8—7-му квалитету, а шероховатость поверхности ^Rz4>/— ^х%

К конструкциям деталей, обрабатываемых протягиванием, предъявляет­ся ряд требований, обеспечивающих их технологичность. Технологичной является конструкция детали, у которой торец заготовки перпендикулярен оси отверстия со стороны входа и выхода протяжки, что исключает перекос протяжки при обработке; фасонные отверстия при протяжке должны иметь симметричную форму.

Шлифование является процессом обработки заготовок резанием с помощью абразивного круга, состоящего из абразивных зерен и связующего. Каждое абразивное зерно в зоне обработки работает как фреза, снимая стружку с детали в пределах определенного угла поворота. Главным движе­нием при шлифовании является вращение шлифовального круга, а перемещение круга относитель­но детали является движением подачи (см. рис. 31.2, е).

При шлифовании обраба­тываемый материал срезается в виде большого числа стружек.

Обработанная поверхность пред- _Рис. _З1.ц. Схемы шлифования: ставляет собой совокупность л—плоского; б—круглого

микроследов абразивных зерен. Часть зерен, ориентированных к направле­нию резания тупой гранью, в процессе резания не участвуют. Они вызывают потери энергии на трение, пластичное деформирование, увеличивают нагрев контактирующих поверхностей инструмента и заготовки. Для отвода тепло­ты при шлифовании процесс ведется с обильной подачей смазочно-охлаж-дающей жидкости.

Основная область применения процесса шлифования — чистовая и от­делочная обработка деталей для обеспечения высокой точности размеров и малой шероховатости поверхности. Кроме того, шлифование используется как один из методов размерной обработки труднообрабатываемых материа­лов: керамики, ситаллов, твердых сплавов, деталей из закаленных сталей и т. д.

Различают плоское шлифование (рис. 31.11, а), при котором обрабаты­вается плоская поверхность, и круглое шлифование (рис. 31.11,6), при кото­ром обрабатывается поверхность тела вращения. В обоих случаях обрабаты­ваются как наружные, так и внутренние поверхности деталей. Плоское шли­фование может осуществляться периферией или торцом шлифовального круга.

Скорость резания при шлифовании определяется окружной скоростью шлифовального круга и составляет 20—80 м/с. При этом глубина шлифова­ния составляет 0,05—0,005 мм. Все большее применение находит силовое шлифование для обработки труднообрабатываемых резанием материалов (керамики, ситалла, твердых сплавов). При силовом или врезном шлифова­нии глубина шлифования может достигать 10—12 мм.

Для выполнения процесса шлифования наружных поверхностей деталей используются круглошлифовальные, плоскошлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки. Для обработки сложных фасонных поверхностей ис­пользуются специальные лентошлифовальные станки.

В лентошлифовальных станках применяется инструмент в виде беско­нечной абразивной ленты. Лента в процессе шлифования поверхности дета­лей сложной формы (например, лопаток турбин) огибает сложную поверх­ность и перемещается в осевом и продольном направлениях. Абразивный слой, производящий обработку, наносят на бумажную или тканевую основу ленты.

Для шлифования резьбы используются автоматические резьбошлифо-вальные станки.

Шлифование обеспечивает размеры по 8—5-му квалитету и следующие значения шероховатости поверхности: при внутреннем шлифовании — до °'ty, при наружном шлифовании — до °'\j.

К конструкциям деталей, обрабатываемых шлифованием, предъяв­ляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность. Техноло­гичной является конструкция, у которой необрабатываемые и обрабаты­ваемые поверхности детали, находящиеся в одной плоскости, разделены канавкой; предусмотрены центровые отверстия для ступенчатых валов и установочные фаски у пустотелых валов для их фиксации при обработке;

предусмотрены технологические канавки для входа и выхода шлифо­вального круга.

Шлифованием обрабатываются только жесткие детали, не деформи­рующиеся в процессе обработки; способ не допускает обработки малых от­верстий; обрабатываемые поверхности должны располагаться в одной плос­кости; все плоские обрабатываемые поверхности в конструкции располага­ются параллельно или перпендикулярно базовой поверхности детали.

Хонингование — процесс чистовой абразивной обработки по­верхностей, выполняемый мелкозернистыми абразивными брусками, закреп­ленными в хонинговальной головке (хоне) (рис. 31.12). Схему процесса см. на рис. 31.3, ж.

Бруски вращаются и одновременно перемешаются вдоль оси обрабаты­ваемого цилиндра возвратно-поступательно. Соотношение скорости враще­ния и скорости поступательного движения составляет 1,5—10. Хонинговаль-ные бруски изготавливают из электрокорунда, карбида кремния и алмаза на керамической и бакелитовой связке. Абразивный брусок в процессе обработ­ки контактирует с обрабатываемой поверхностью, раздвигаясь в радиальных направлениях механическими, гидравлическими и пневматическими устрой­ствами. Давление брусков на поверхность среза контролируется. Режущий инструмент хона в процессе обработки самоустанавливается по отверстию. Обрабатывают изделия с диаметром отверстий от 3 до 1000 мм и в несколько метров длиной.

При хонинговании в работе участвует в 10²—10³ раз большее число аб­разивных зерен, чем при шлифовании, скорость резания в 50—120 раз меньше, чем при шлифова­нии, а давление абразивного инструмента на обра­ботанную поверхность в 6—10 раз ниже, чем при шлифовании, т.е. для хонингования характерны малые силы резания, небольшие толщины срезае­мых слоев материала и незначительное тепловы­деление. Хонингование производят при обильном охлаждении зоны резания СОЖ.

Рис. 31.12. Схема хонин­гования отверстий: / — хон; 2 — абразивные бруски; 3 — обрабатываемая деталь

При хонинговании на обработанной поверх­ности образуется микропрофиль в виде сетки. Та­кой профиль позволяет удержаться смазочному материалу на поверхности детали. Наибольшее распространение хонингование получило в авто­транспортной и авиационной промышленности при обработке сильнонагруженных деталей. От­верстия после отделочной обработки хонингова-нием имеют точность на уровне 7—6-го квалитета и шероховатость до ^0,°V.

Суперфиниш, так же как и хонингование, относится к про­цессам отделочной обработки по­верхностей. Это процесс сверхтон­кой абразивной обработки наруж­ных и внутренних поверхностей колеблющимися брусками при

движении заготовки. Бруски для

Рис. 31.13. Схема обработки суперфини- „„„.^а.,..™..,,™» лй-_пй™.,,.„„..~
^г ' " суперфинишнои обработки изго-

шированием:

1 - обрабатываемая деталь; 2 - обрабаты- тавливают из электрокорунда, кар-
вающая головка; 3 — абразивные бруски оида кремния, алмаза, о качестве

связки в брусках используют кера­мическую и бакелитовую связку. Размеры и форма абразивных брусков оп­ределяются размером и конфигурацией обрабатываемой поверхности. Чаще для суперфиниша используют два бруска, а при обработке крупных деталей — три-четыре. Схема обработки наружной цилиндрической поверхности при­ведена на рис. 31.13. Обработка осуществляется суперфинишной головкой при сочетании трех движений: вращательного движения заготовки, возврат­но-поступательного и колебательного движения брусков (схему процесса см. на рис. 31.4, ж). Амплитуда колебаний брусков составляет 1,5—6 мм, а частота — 400—1200 колебаний в минуту. В процессе резания подпру­жиненные бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности с давле­нием (0,5—3)10⁵ Па. Главным движением резания является колебательное движение брусков, его скорость при обработке составляет 0,1—0,2 м/с.

При суперфинишировании используется смазочно-охлаждающая жид­кость, образующая масляную пленку, это смесь керосина (80—90%) с вере­тенным или турбинным маслом (10—20%). Масляная пленка прорывается на микровыступах, и они в первую очередь срезаются абразивом, т. е. при су­перфинише удаляются только выступы, оставшиеся от предыдущей обработ­ки. Процесс прекращается автоматически, когда выступы срезаются, пленка становится сплошной и создаются условия для чисто жидкостного трения между бруском и обрабатываемой поверхностью. В результате хонингования шероховатость поверхности снижается до ^0,0>/.