Сущность и схемы способов обработки

Сущность и схемы способов обработки

 

 

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

Обработка резанием — это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки (рис. 1.1).

Основным режущим элементом любого инструмента является режущий клин (рис. 1.1, а). Его твердость и прочность должны существенно превосходить твердость и прочность обрабатываемого материала, обеспечивая его режущие свойства. К инструменту прикладывается усилие резания, равное силе сопротивления материала резанию, и сообщается перемещение относительно заготовки со скоростью ν. Под действием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и, разрушая обрабатываемый материал, срезает с поверхности заготовки стружку. Стружка образуется в результате интенсивной упругопластической деформации сжатия материала, приводящей к его разрушению у режущей кромки, и сдвигу в зоне действия максимальных касательных напряжений под углом φ. Величина φ зависит от параметров резания и свойств обрабатываемого материала. Она составляет ~30° к направлению движения резца.

Внешний вид стружки характеризует процессы деформирования и разрушения материала, происходящие при резании. Различают четыре возможных типа образующихся стружек: сливная, суставчатая, элементная и стружка надлома (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1. Условная схема процесса резания:

а – 1 – обрабатываемый материал; 2 – стружка; 3 – подача смазочно-охлаждающих средств; 4 – режущий клин; 5 – режущая кромка; φ – угол сдвига, характеризующий положение условной плоскости сдвига (П) относительно плоскости резания; γ – главный передний угол режущего клина; Р_z – сила резания; Р_y – сила нормального давления инструмента на материал; С_γu, С_γl – длины пластичного и упругого контактов; С_γ, С_a – длина зон контактного взаимодействия по передней и задней поверхностям инструмента; LOM – область главного упругопластичного деформирования при стружкообразовании; FKPT – область вторичной контактной упруго–пластичнеской деформации металла; h – глубина резания; Н – толщина зоны пластического деформирования (наклепа) металла.

В процессе резания режущий клин, испытывая интенсивное трение, контактирует с материалом стружки и обработанной поверхностью в контактных зонах. Для снижения сил трения и нагрева инструмента применяют принудительное охлаждение зоны резания смазочно-охлаждающими средами (СОС), подавая их в зону резания специальными устройствами.

Детали и инструменты закрепляются в специальных органах станка или приспособлениях. Станок, приспособление, инструмент и деталь образуют силовую систему (СПИД), передающую усилие и движение резания от привода станка режущему инструменту и детали.

Реальные схемы различных способов обработки резанием, используемый инструмент, а также виды движения инструмента и заготовки в процессе обработки приведены на рис. 1.2. В зависимости от используемого типа инструмента способы механической обработки подразделяются на лезвийную и абразивную.

Рис. 1.2. Схемы способов обработки резанием:

а – точение; б – сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – протягивание; е – шлифование; ж – хонингование; з – суперфиниширование; D_r – главное движение резания; D_s – движение подачи; R_o – обрабатываемая поверхность; R – поверхность резания; R_оп – обработанная поверхность; 1 – токарный резец; 2 – сверло; 3 – фреза; 4 – строгальный резец; 5 – протяжка; 6 – абразивный круг; 7 – хон; 8 – бруски; 9 – головка.

Отличительной особенностью лезвийной обработки является наличие у обрабатываемого инструмента острой режущей кромки определенной геометрической формы, а для абразивной обработки – наличие различным образом ориентированных режущих зерен абразивного инструмента, каждое из которых представляет собой микроклин.

Рис. 1.3. Конструкция и элементы лезвийных режущих инструментов:

а – токарного резца; б – фрезы; в – сверла;

1 – главная режущая кромка; 2 – главная задняя поверхность; 3 – вершина лезвия; 4 – вспомогательная задняя поверхность лезвия; 5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – передняя поверхность; 7 – крепежная часть инструмента.

Рассмотрим конструкцию лезвийных инструментов, используемых при резании (рис. 1.3). Инструмент состоит из рабочей части, включающей режущие лезвия, образующие их поверхности, режущие кромки и крепежной части, предназначенной для установки и закрепления в рабочих органах станка.

Основными способами лезвийной обработки являются точение, сверление, фрезерование, строгание и протягивание. К абразивной обработке относятся процессы шлифования, хонингования и суперфиниша. В основу классификации способов механической обработки заложен вид используемого инструмента и кинематика движений. Так, в качестве инструмента при точении используются токарные резцы, при сверлении – сверла, при фрезеровании – фрезы, при строгании – строгальные резцы, при протягивании – протяжки, при шлифовании – шлифовальные круги, при хонинговании – хоны, а при суперфинише – абразивные бруски. Любой способ обработки включает два движения (рис. 1.2.): главное – движене резания D_r – и вспомогательное – движение подачи D_s. Главное движение обеспечивает съем металла, а вспомогательное – подачу в зону обработки следующего необработанного участка заготовки. Эти движения осуществляются за счет перемещения заготовки или инструмента. Поэтому при оценках движение инструмента во всех процессах резания удобно рассматривать при неподвижной заготовке как суммарное (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схемы определения максимальной скорости режущей кромки инструмента υ_е, формы поверхности резания R и глубины резания h при обработке:

а – точением; б – сверлением; в – фрезерованием; г – строганием; д– протягиванием; е – хонингованием; ж – суперфинишированием.

Тогда полная скорость перемещения (v_e) произвольной точки Мрежущей кромки складывается из скорости главного движения (v) и скорости подачи (v_s):

v_e = v + v_s (1.1)

Поверхность резания R представляет собой поверхность, которую описывает режущая кромка или зерно при осуществлении суммарного движения, включающего главное движение и движение подачи. При точении, сверлении, фрезеровании, шлифовании поверхности резания — пространственные линейчатые, при строгании и протягивании — плоские, совпадающие с поверхностями главного движения; при хонин-говании и суперфинишировании они совпадают с поверхностями главного движения.

Поверхности R_o и R_oп называются, соответственно, обрабатываемой поверхностью заготовки и обработанной поверхностью детали (см. рис. 1.2).

В процессах точения, сверления, фрезерования и шлифования главное движение и движение подачи выполняются одновременно, а в процессах строгания, хонингования движение подачи выполняется после главного движения.

 

 

Основы технологии термической обработки металлов и сплавов

 

 

Термическая обработка - это процесс теплового воздейстивия на детали преимущественно из металлов и их сплавов с целью изменения структуры и свойств исходного материала без изменения его химического состава.

 

Термическая обработка является важным этапом технологического процесса изготовления деталей и используется для:

 

- улучшение обрабатываемости материалов давлением или резанием;

 

- формирования технических, электрических, магнитных и других свойств, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства деталей;

 

-снятие внутренних напряжений в материале деталей и заготовок, возникающих при предшествующей обработке давлением, литьем, сваркой и резанием и вызывающих нежелательные изменения свойств, формы и размеры деталей при их эксплуатации.

 

Параметрами режима ТО являются: tто - температура нагрева пи ТО; Т - изотермической выдержки при tто; Vc - скорость нагрева; Vг - скорость охлаждения.

 

Основными видами термической обработки являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение.

 

Технологический процесс термической обработки включает три основных стадии: нагрев, выдержку и охлаждение.

 

Рис. 1. График термической обработки

 

Скорость нагрева для большинства видов ТО существенного значения не имеет, но изменяет tто и время выдержки. Как правило с ростом Vc - увеличивается tто.

 

Нагрев при термической обработке может производиться в печах, печах-ваннах и электрически устройствах. Нагревательные печи могут быть с воздушной атмосферой, содержащей продукты горения и с защитной газовой атмосферой в качестве которой используют водород, аргон.

 

В печах-ваннах применяются расплавы солей, соляно-щелочные среды, жидкий свинец и его соли. Выбор нагревательных печей определяется условиями предотвращения выгорания углерода и легирующих элементов, образованием окалины и насыщением поверхности детали нежелательными элементами.

 

Во всех случаях желательно, чтобы продолжительность нагрева была минимальной и одинаковой для всех деталей данной партии.

 

Скорость охлаждения определяется видом проводимой операции термической обработки. Особенно важен выбор скорости охлаждения при закалке. К примеру для сталей она должна обеспечить получение необходимой структуры: мартенсита, троостита или сорбита. Скорость охлаждения, которая обеспечивает при закалке получение мартенситной структуры, называется критической скоростью закалки. Охлаждение со скоростью, меньше критической, приводит к образованию трооситной, сорбитной или перлитной структуры. Для каждого сплава существует определенная критическая скорость закалки. Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды. Для охлаждения используют воду, водные растворы, масло, расплавы легкоплавких металлов.

 

Химико-термическая обработка сталей

 

 

Химико-термической обработкой стальных деталей называется процесс их поверхностного насыщения различными элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки - упрочнение поверхностных слоев детали, повышение их стойкости к воздействию агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.

 

Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий:

 

- диссоциации, т.е. распада молекул и образования активных атомов диффундирующего элемента;

 

- адсорбции - поглощения атомов диффундирующего элемента поверхностным слоем изделия и образования химических связей с атомами металлов;

 

- диффузии - проникновения адсорбированного элемента в глубину металла.

 

Толщина насыщенного слоя зависит от температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении и концентрации диффундирующего элемента в поверхностном слое металла.

 

В зависимости от того, каким элементом производится насыщение стали, различают цементацию, азотирование, цианирование, нитроцементацию, борирование, силицирование, хромирование. Каждый вид химико-термической обработки применяется для деталей определенного назначения.

 

Цементация - диффузионное насыщение углеродом поверхностного слоя детали толщиной 1-3 мм при нагреве в специальной среде - карбюризаторе. Цементации подвергают стали из низкоуглеродистых (до 0,25% С) и легированных сталей для предания их поверхностным слоям высокой твердости до HRC 59-62, износостокойсти и придела контактной прочности до 2000 МПа.

 

Окончательные свойства цементированные изделия приобретают после закалки, отпуска и шлифования поверхностей. Цементацию ведут при tто=1203-1253 К. Время выдержки 8-15 часов.

 

Азотирование - насыщение поверхностного слоя деталей азотом на глубину 7-15 мкм при tто=773-923 К в аммиаке.

 

Время выдержки 25-60 часов. Азотированию подвергают углеродистые и легированные стали для предания им высокой твердости HV 600-1200 (выше чем у цементируемых деталей), повышение сопротивления коррозии и предела выносливости. Азотированию подвергают детали, предварительно термически обработанные закалкой и высоким отпуском.

 

Нитроцементация - одновременное насыщение углеродом и азотом поверхностного слоя деталей на глубину 0,2-0,8 мм при tто=1113-1133 К и времени выдержки 4-10 часов в газовой среде (науглероживающий газ и аммиак).

 

Применяется для повышения твердости и выносливости при ударных нагрузках. После нитроцементации детали подвергают закалке и низкотемпературному отпуску (tто=433-453 К).

 

Цианирование - разновидность нитроцементации, выполяемое при tто=1093-1223 К в расплавах солей, содержащих группу СN. Поверхностный слой цианированных деталей обладает более высокой износостойкостью, чем цементированных.

 

Борирование - насыщение бором поверхностного слоя деталей толщиной 0,1-0,2 мм при tто=1203-1223 К и выдержке 2-6 часов в расплавленной буре Na2B2O. Полученный слой обладает высокой твердостью HV= 1800-2000 и абразивной износостойкостью.

 

Технологические приемы изготовления шкал, надписей и рисунков

 

В РЭА применяются шкалы отсчетных устройств, таблички и фирменные планки, выполненные на основаниях из алюминиевых и медных сплавов, пластмассы, картона и других материалов.

 

Шкалы являются основной частью любого отсчетного устройства и представляют ряд делений и знаков, равномерно или неравномерно распределенных на прямой линии, окружности или части ее.

 

Технологический процесс изготовления шкал включает следующие этапы:

 

1. Получение заготовки;

 

2. Нанесение штриховки и знаков;

 

3. Отделка шкал;

 

4. Контроль качества изображения;

 

Заготовки шкал в зависимости от их размеров и конфигурации получают штамповкой, литьем под давлением с последующее механической и термической обработкой, резанием и т.д.

 

Нанесение штрихов, надписей и рисунков производится следующим образом:

 

- гравированием;

 

- фотографированием;

 

- литографическим способом;

 

- теснением;

 

- сеткографией и др.