Механическая обработка металлов
Большинство деталей машин изготовляется путем обработки резанием. Заготовками таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.
Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимается при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.
После снятия припуска на металлорежущих станках обрабатываемая деталь приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу детали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минимальным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества детали и с необходимой шероховатостью поверхности.
В современном машиностроении имеется тенденция снижать объем обработки металлов резанием за счет повышения точности исходных заготовок.
Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 12).
Точение — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 12.1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).
Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка (рис. 12.2).
Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 12.3).
Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгательных станках (рис. 12.4).
Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 12.5).
Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.
Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 12.6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 12.7).
Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 12.8).
Формирование поверхностей деталей со снятием и без снятия стружки. Классификация методов формообразования поверхности деталей. Механическая обработка деталей резанием. Кинематические и геометрические параметры процесса резания. Физико-химические основы резания. Обработка поверхностей лезвийным, абразивным инструментом. Основы электрофизических и электрохимических способов обработки. Средства технологического оснащения при разных методах обработки. Вопросы автоматизации процессов получения заготовок, изготовления деталей и сборки изделия. Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ. Термическая обработка в технологическом процессе изготовления изделий. Износостойкие, антикоррозионные и декоративные покрытия
Все многообразия технологических методов обработки заготовок удалением излишков металла и получение деталей представлена на схеме.
Наиболее широко представлены методы механической обработки, а среди них методы обработки металла резанием.
8.1. Обработка резанием
Обработка резанием – это технологический процесс обработки металлов снятием стружки для придания изделию заданной формы, размеров и шероховатости поверхности.
Обработка резанием включает в себя: точение, строгание, сверление, протягивание, фрезерование, шлифование и отделочную обработку.
Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительное движение. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих эти относительные движения.
Движения рабочих органов станка подразделяют на движение резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание слоя металла с заготовки называют движением резания. К ним относят главное движение и движение подачи.
Главное движение – это движение, позволяющее осуществить процесс резания и определяющее скорость резания, обозначают буквой "V".
Движение подачи – это движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в заготовку, обозначают буквой "S".
Движение, обеспечивающее взаимное, положение инструмента и заготовки перед срезанием с неё слоя материала, называют установочным.
Вспомогательные движения – это перемещения инструмента и заготовки при подготовке к процессу резания и после окончание его.
К элементам процесса резания относят скорость резания, подача, глубина резания.
Скорость резания – это скорость перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента. Если главное движение является вращательным (точение), то скорость резания вычисляют по формуле:
где Д— диаметр заготовки или инструмента, мм; n – частота вращения шпинделя, об/мин.
Подачей называют путь инструмента относительно заготовки при поступательном движении подач, измеряют в мм/об или мм/мин.
Глубина резания – это толщина слоя заготовки снимаемого за один рабочий ход, измеряют в мм. При точении цилиндрической заготовки глубину резания вычисляют по формуле:
где Д— диаметр обрабатываемой поверхности (заготовки); d – диаметр обработанной поверхности. Резание металлов – это сложный процесс взаимодействие режущего инструмента и заготовки. При движение инструмента упругие деформации переходят в пластические, которые при продолжение взаимодействия приводят к сдвиговым деформациям. Происходит процесс движения частей металла друг относительно друга вплоть до скалывания и образование стружки, когда напряжение превышает предел прочности металла (рис. 81).
Рис. 81. Схема процесса образования стружки
Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. В зависимости от свойств металла, режима резания и геометрии инструмента образуются 3 вида стружки (рис. 82):
сливная стружка – представляет собой сплошную гладкую металлическую ленту. Образуется при резании пластичных металлов и сплавов с малой подачей и большой скоростью резания.
стружка скалывания – металлическая лента с одной гладкой стороной (прирезцовой) и другой стороной с зазубриными. Образуется при резании металлов средней твердостью с большой подачей и малой скоростью резания.
стружка надлома состоит из отдельных частей разной формы, не связанных между собой. Образуется при обработке хрупких материалов.
[Механическая обработка металлов] – необходимый процесс перед тем, как металлическую деталь можно будет использовать.
Работать с разными видами металлов можно разными способами – все они имеют свои плюсы и минусы и могут использовать в разных ситуациях в зависимости от ваших целей.
Из статьи вы узнаете, что такое механическая обработка металлов, и какие ее виды существуют, и сможете выбрать, какая процедура работы с металлом требуется именно вам.
Варианты обработки с давлением
Существуют всего две возможности финальной обработки металлических деталей: это может быть сделано с помощью давления или резания.
Чаще всего ее используют, когда нужно придать металлическому листу форму, либо в процессе создания деталей из сортового металлопроката.
Этот способ воздействия включает следующие виды работ: гибку, штамповку, высадку и пр. Ниже мы рассмотрим всевозможные способы воздействия на металл с помощью давления подробнее.
Для обработки цветных металлов часто используется ручная горячая кузнечная обработка.
Для ее осуществления, материал предварительно нагревается до температуры, превосходящую его рекристаллизацию, а затем ему придают нужную форму.
Для этого используют самые простые инструменты: ручной молот или молоток. Степень нагревания материала зависит от его свойств: насколько в нем много углерода.
Чем меньше это значение, тем выше должна быть рабочая температура.
Подобная механическая отделка разных типов металлов считается достаточно эффективной, поскольку дает возможность создавать сплошные детали высокой прочности, не теряя при этом природных свойств материала.
Существует и более совершенный – механический способ горячей обработки.
В этом случае материал также разогревается до нужной температуры, но воздействие проводится с помощью специального устройства.
Механическая ковка может быть свободной, либо производиться с помощью кузнечного штампа.
В первом случае воздействие на металлическое покрытие происходит с помощью наковальни и молотка, которым воздействуют на металл.
Другой вариант – когда на металл оказывается воздействие специальным прессом, который придает ему нужную форму.
И молот, и пресс – механические устройства, но первое придает заготовкам нужную форму ударами, а второе – с помощью давления.
Устройство-молот может быть паровым, паровоздушным, падающим с фрикционным диском или пружинным.
Пресс может быть гидравлическим, парогидравлическим, винтовым, фрикционным, эксцентриковым, кривошипным или пружинным.
Механическая обработка молотом используется реже, поскольку она очень шумная и менее эффективная и используется только на крупных производствах.
Помимо горячего воздействия, бывает также холодное — оно применяется чаще, поскольку способно придать заготовкам из цветных и черных металлов нужную форму, при это не влияя на ее физические характеристики.
В отличие от горячего воздействия, при холодном способе нагревать поверхность не нужно – вся работа производится при комнатной температуре.
Холодный способ воздействия называют штамповкой, она делится на разные виды. Штамповка может быть одно или многооперационной в зависимости от функций конкретного устройства.
Работа с материалом может проводиться как с сохранением сплошного покрытия, так и с его разделением – это тоже зависит от типа устройства, с помощью которого заготовке придается нужная форма.
Наиболее популярные виды холодного воздействия прессом следующие: воздействие с помощью гибки, вытягивания, обжатия, формования, выпучивания или разбортовывания.
Гибка позволяет изменить осевую форму детали, ее делают с помощью специальных тисков, которые устанавливают на гибочные штампы и прессы.
С помощью вытягивания можно сделать детали сложных форм. Для этого вида работ необходим давильный станок.
С помощью обжатия поперечное сечение полой детали уменьшается, а формование позволяет превратить заготовку в деталь, имеющую пространственную форму.
Для этого вида обработки требуются вытяжные или специальные формовочные штампы.
При выпучивании заготовка так же приобретает вид пространственной формы, а при разбортовывании на детали создаются бортики и прочие дополненные элементы.
Обработка с помощью резки
Механическая обработка разных типов металлов путем резки также требует специального оборудования. Это более сложный процесс, поэтому и виды станков здесь используются более сложные.
Для цветных металлов, устойчивых к внешнему воздействию и сложно поддающихся деформации, чаще всего для обработки используют специальный лазер, либо метод плазменный обработки, который после появления лазера стал менее актуален.
Сегодня механическая обработка металла на станках и линиях производится с помощью волоконного лазера, который состоит из резонатора, световода и специального накачивающего модуля.
Лазерный луч при этом способе воздействия попадает на поверхность металла через специальный световод, сохраняющий энергию луча, за счет чего мощность устройства оказывается достаточной для качественной резки цветных металлов.
С волоконным лазером довольно просто работать – он автоматизирован и отличается высокими качественными характеристиками: помимо резки, обеспечивает охлаждение изделия, а также способен выдерживать высокие мощности и температуры.
Этот инструмент имеет функции не только резки, но и другие виды обработки: гравировки и сварки.
Существуют следующие виды обработки металла путем резки: обточка, сверление, фрезерование, строгание и шлифование.
При обточке материала его изменения минимальны, поскольку эта процедура производится в тех случаях, когда размер заготовки практически соответствует конечному размеру детали.
Сделать обточку можно на оборудовании разного типа: для этого может подойти токарный, сверлильный, шлифовальный и другие виды станков.
Обточку детали чаще всего делают на токарном станке с помощью специального резца, который эффективно снимает лишний слой металла и приводит заготовку к нужному размеру.
С помощью сверления можно сделать в заготовках нужные отверстия, тем самым изменив их форму.
Для этого типа обработки подойдет любое оборудование, имеющее сверло и тиски: между ними нужно установить заготовку, сверло будет находить на нее поступательно, и в результате мы получим отверстие нужного нам размера и формы.
С помощью фрезерования форма детали также изменяется. Это довольно сложный вид обработки, требующий наличия специального оборудования — горизонтально-фрезерного станка.
Обработка заготовки выполняется с помощью фрезы, которая есть на этом устройстве.
Фреза воздействует на заготовку под углом, при этом сама деталь не двигается – до начала работы ее нужно четко зафиксировать на поверхности оборудования.
Строгальный метод работы заключается в воздействии на заготовку резца. Для этого процесса требуется специальный строгальный станок, т.к. только он оснащен нужным инструментом.
Во время работы резец постепенно входит в металл, а затем выходит обратно, выполняя прерывистые движения.
Это сложный способ обработки цветных металлов, т.к. он требует расчетов холостых и рабочих ходов для правильного выполнения работы.
Последний способ работ с металлом – шлифовальный. Это довольно простой метод, который часто можно выполнить своими руками, если шлифовальный круг есть в наличии.
Для профессиональной же обработки используются специальные шлифовальные станки.
Работа с заготовками из цветных металлов происходит за счет вращательных движений с прямолинейной и круговой подачей.
Видео:
Этот способ воздействия используется для получения деталей, имеющих цилиндрическую форму.
Если же обработке подвергается плоская заготовка, то направление подачи может быть только прямым.