ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

2.3.1. Цель и задачи темы

Для всех видов инженеров сельскохозяйственного производства знания по обработке резанием имеют очень большое значение, так как необходимое качество поверхности детали достигается, как правило, этой обработкой. Поэтому задачами темы являются: изучение явлений и закономерностей процесса резания, режущего инструмента, установление режима резания для различных видов обработки, устройства металлорежущих станков и их эксплуатации, упрочняющей обработки пластическим деформированием, физико-химических методов обработки.

Необходимо знать развитие учения о резании металлов, роль в нем отечественных ученых (И. А. Тиме, К. А. Зворыкина, Я. Г. Усачева, В. Д. Кузнецова) и новаторов производства, а также совершенствование станков, инструментов и инструментальных материалов.

Вопросы для самопроверки

1. Какой вклад внесли в учение о резании металлов И. А. Тиме, К.А. Зворыкин, Я.Г. Усачев?

2. Что представляют собой деформация сжатия и сдвига?

2.3.2. Основы слесарной обработки

В практике инженера-механика сельскохозяйственного производства слесарная обработка имеет существенное значение.

Необходимо знать организацию рабочего места слесаря, применяемое оборудование и инструмент, а также основные операции и приемы слесарной обработки: разметку, рубку, резку, правку и гибку, клепку и чеканку, опиливание, шабрение, обратив внимание на его контроль, притирку, пайку лужение, жестяницкие работы.

Следует представлять, как можно механизировать слесарные работы.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите технологию пришабривания двух поверхностей.

2. Как производится пайка мягкими и твердыми припоями?

 

2.3.3. Процесс резания и его основные элементы

Необходимо иметь четкое представление об основных видах обработки металлов резанием: точении, сверлении, фрезеровании, строгании и шлифовании. Знать, какие движения совершают заготовка и инструмент, какая поверхность при этом будет обрабатываемой, обработанной и поверхностью резания.

Обратите особое внимание на изучение конструктивных и геометрических элементов резца: части, поверхности, режущие кромки, углы. Необходимо иметь понятие о кинематических углах резца; знать элементы режима резания: глубину резания, подачу, скорость резания для каждого вида обработки.

При изучении инструментальных материалов особое внимание следует обратить на новые марки быстрорежущих сталей, металлокерамические твердые сплавы, минералокерамические материалы, а также на инструментальные материалы (алмазы природные и синтетические, эльбор, гексанит и др.).

 

Вопросы для самопроверки

1. Нарисуйте схемы точения, сверления, фрезерования и покажите на них поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания.

2. Как будут изменяться углы, α и γ токарного резца при продольном точении?

3. Расшифруйте процентный состав марок инструментальных материалов: Р18К6, ВК8, Т15К6.

2.3.4. Физические основы процесса резания металлов

При изучении физических основ процесса резания металлов необходимо обратить особое внимание на явления, протекающие при стружкообразовании, ознакомиться с видами стружки и с процессом образования стружки при резании пластичных металлов.

Весьма важным является вопрос о качестве обработанной поверхности: критерии оценки шероховатости обработанной поверхности по ГОСТ 25142-82, влияние элементов режима резания на шероховатость поверхности.

Важно хорошо понять тепловые явления в процессе резания: причины возникновения тепла, распределение тепла, зависимость температуры в зоне резания от элементов режима резания. Уясните, как и с какой целью определяется температура в зоне резания.

Вибрации при резании металлов, возникающие в системе СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь), могут быть двух видов — вынужденные колебания и автоколебания. Следует изучить причины их возникновения, влияние на процесс резания и способы устранения.

Разберитесь в процессе изнашивания режущего инструмента, знать виды, величины, критерии износа. Необходимо усвоить понятие стойкости режущего инструмента, знать способы ее повышения, в частности применение смазочно-охлаждающих жидкостей, и способы подвода жидкости в зону резания с целью повышения стойкости режущего инструмента.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимается под шероховатостью поверхности (ГОСТ 25142-82)?

2. Напишите уравнение теплового баланса. Как распределяется тепло между стружкой, заготовкой и резцом?

3. Способы подвода в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости.

4. Виды износа инструмента: абразивный, адгезионный, окислительный, электродиффузионный.

2.3.5. Металлорежущие станки

 

2.3.5.1. Основные механизмы металлорежущих станков

Рассмотрение вопросов кинематики металлорежущих станков начните с изучения классификации станков, разработанной ЭНИМС (Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков). Выясните, что обозначают цифры и буквы, входящие в обозначение модели станка (например, I6K20, 2135, 6Р81 и т.д.). Рассмотрите вопрос о кинематических схемах, обратив внимание на условные обозначения, принятые для вычерчивания схем. Четко уясните понятия: «передаточное отношение», «передача»; рассмотрите основные передачи, применяемые в станках (ременная, цепная, зубчатая, реечное зацепление, червячная, винт и гайка, вариатор Светозарова) и их передаточные отношения. Необходимо также знать, что такое кинематическая цепь и чему равно ее передаточное отношение; по какому закону строятся ряды частот вращения шпинделя и ряды подач; уравнение кинематического баланса и его назначение.

Изучение узлов и механизмов станков следует начать с коробки скоростей и коробки подач. При изучении механизмов станков необходимо обратить внимание на назначение и устройство следующих механизмов: для преобразования движения, получения возвратно-поступательного движения, реверсивных, бесступенчатого регулирования скоростей, тормозных, блокировки, управления. Следует изучить устройство и работу гидропривода, который находит все большее применение в конструкции станков (поперечно-строгальные, шлифовальные и др.). Мехатронные и роботизированные станки.

2.3.5.2. Эксплуатация металлорежущих станков

Установка станков на фундаменты и их монтаж, смазка и технический уход производится в соответствии с руководством к станку. Следует ознакомиться с руководством к токарному станку, знать, как и для чего проводится проверка токарного станка на точность. Необходимо изучить систему планово-предупредительного ремонта (ППР) станков и твердо знать технику безопасности при работе на металлорежущих станках

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение понятиям: «передаточное отношение», «передача». Схемы основных передач, применяемых в станках, их передаточные отношения.

2. Что такое привод станка? Схемы различных типов приводов станков.

3. Закон построения ряда частот вращения шпинделя станка и ряда подач.

4. Какие измерения проводятся при проверке токарного станка на точность?

2.3.6. Токарная обработка

Важнейшим элементом режима резания при точении является скорость резания. Необходимо уметь рассчитывать скорость резания для конкретных условий обработки (известны: обрабатываемый материал, применение СОЖ, глубина резания, подача, стойкость инструмента). Знать, какие факторы и как влияют на скорость резания.

Очень важно изучить методику, в том числе порядок назначения режима резания при точении (глубину резания, подачу, скорость резания, частоту вращения шпинделя).

При изучении силы резания и ее составляющих следует нарисовать на схеме точения разложение силы R на Р_z; Р_х; Р_у, уяснить, какие факторы и как влияют на эти силы, как можно рассчитать силу P_z для конкретных условий обработки (известны обрабатываемый материал, глубина резания, подача). Необходимо знать расчет мощности и крутящего момента резания при точении.

Необходимо уметь рассчитывать основное время, а также определять штучное время и его составляющие, знать пути повышения производительностиработы при точении, иметь понятие об обрабатываемости материалов и о критериях ее оценки.

Изучение станков токарной группы и работы на них следует начинать с рассмотрения устройства какой-нибудь модели современного токарного станка. Особое внимание нужно обратить на определение и нахождение (установку) частоты вращения шпинделя для различных видов токарных работ, а также на определение продольных и поперечных подач.

Рассмотрите работы, выполняемые на однорезцовых токарных станках, применяемых резцах и приспособлениях, и схем устройства многорезцовых токарных, карусельных и револьверных станков.

Далее можно перейти к изучению схем устройства и принципа работы токарных автоматов и полуавтоматов, устройств для автоматизации работы токарных станков.

Почти на любом предприятии имеются механические цехи или мастерские, в которых в той или иной мере представлены металлорежущие станки, в том числе и токарные. При изучении этой темы, а также других тем настоящего раздела весьма желательно использовать наличие металлорежущих станков для углубленного изучения их устройства и принципа действия, а если возможно, то и для упражнений по изготовлению простейших деталей.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите формулы для расчета P_Z, скорости резания, крутящего момента и эффективной мощности при точении.

2. Опишите методику назначения режима резания при точении.

3. Как повысить производительность работы при точении?

4. Рассмотрите цепь главного движения токарного станка. По кинематической схеме определите максимальную частоту вращения шпинделя.

5. Укажите назначение и область применения токарно-револьверных станков.

6. Изложите сущность высокопроизводительной обработки металлов на токарных станках (скоростное и силовое резание), применяемые резцы при этих видах обработки, их особенности.

 

2.3.7. Сверление, зенкерование, развертывание

Изучение следует начать со схемы сверления (движения инструмента и заготовки) и элементов режима резания: скорости, подачи, глубины резания. Далее изучите назначение и типы сверл, их конструктивные элементы, геометрию режущей части спирального сверла (лучше на натуральном сверле большого диаметра), изменение угловсверла в процессе резания, мероприятия по повышению эксплуатационных свойств спиральных сверл: двойная заточка, подточка перемычки, подточка ленточки и др. Сверла с пластинками твердого сплава, износ сверл, критерии затупления, заточка сверл. Важно знать, какая получается точность обработки и шероховатость обработанной поверхности после сверления.

В таком же примерно порядке, используя натуральные инструменты, следует изучить зенкеры и развертки.

Затем изучаются вопросы, относящиеся к процессу резания при сверлении: силы, крутящий момент, мощность при сверлении; их расчет, измерение осевой силы и крутящего момента при сверлении динамометрами; скорость резания и стойкость сверла, влияние различных параметров на скорость резания, расчет скорости резания, основного времени, методика расчета (назначения) режима резания.

В таком же порядке изучите зенкерование и развертывание.

После изучения материала выполните практически операцию сверления заготовки на вертикально-сверлильном станке с последующей его обработкой зенкером и разверткой. Для этого задайтесь условиями обработки, рассчитайте элементы режима резания, осевую силу, крутящий момент, мощность, основное (машинное) время. Установите на станке полученный режим резания, просверлите отверстие, оцените точность, шероховатость обработанной поверхности.

После ознакомления с классификацией сверлильных станков следует изучить устройство вертикально-сверлильного и радиально-сверлильного станков, обратив особое внимание на механизмы привода главного движения и движения подачи.

Далее ознакомьтесь с основными видами сверлильных работ, с применяемыми при этом приспособлениями. Изучите устройство и работу радиально-сверлильных станков, область их применения.

Необходимо знать, какую точность и шероховатость поверхности можно получить при сверлении, зенкеровании и развертывании.

Вопросы для самопроверки

1. Покажите на сверле, зенкере, развертке их главные углы.

2. Какую точность и шероховатость обработанной поверхности можно получить после сверления, зенкерования и развертывания?

3. Устройство вертикально-сверлильного станка. Инструмент и приспособления, применяемые при сверлении и растачивании.

4. Устройство радиально-сверлильного станка. Основные виды сверлильных работ, инструмент и приспособления, применяемые на этих станках.

2.3.8. Фрезерование

Рекомендуется следующий порядок изучения.

Схема фрезерования цилиндрическими и дисковыми фрезами (движение инструмента и заготовки), элементы режима резания, область применения, разновидности фрезерования. Торцовое фрезерование, схема обработки и элементы режима резания.

Далее изучите типы фрез, конструктивные элементы остроконечных фрез, геометрию зуба фрезы, зуба пилы по металлу и конструкцию пил; геометрию затылованных зубьев фрез, модульные и фасонные фрезы, заточку фрез, износ и критерии затупления фрез.

Затем следует изучить основные вопросы процесса резания при фрезеровании: силу резания, крутящий момент, мощность, резания, их расчет, факторы, влияющие на скорость резания, методику назначения режима резания при фрезеровании и особенно точность и шероховатость обработанной поверхности.

Весьма желательно выполнить операцию фрезерования заготовки. Далее надо изучить устройство горизонтально- и вертикально-фрезерного станков, механизмы привода главного движения и движения подачи.

В заключение ознакомьтесь с основными видами фрезерных работ, применяемыми приспособлениями, с настройкой делительных головок для простого, дифференциального деления и фрезерования винтовых канавок, так чтобы сложилось четкое представление, как производится фрезерование плоскостей, пазов, фасонных поверхностей, разрезка заготовок; какую точность и шероховатость поверхности можно получить при фрезеровании.

Вопросы для самопроверки

1. Покажите главные углы остроконечной фрезы.

2. Какую точность и шероховатость обработанной поверхности получают при фрезеровании?

3. Устройство широкоуниверсального фрезерного станка, применяемого инструмента и его назначение.

4. Как производится настройка делительной головки для простого деления?

2.3.9. Строгание, долбление и протягивание

Изучите схемы строгания, долбления, протягивания, обратив внимание на отличие протяжки от прошивки, конструкцию и геометрию режущей части строгальных, долбежных резцов, протяжек, элементы режима резания.

Затем изучите вопросы, относящиеся к процессу резания: силу резания, мощность, определение основного времени, выбор режима резания, точность обработки и шероховатость поверхности.

Изучение строгальных, долбежных и протяжных станков и работы на них следует начинать с рассмотрения схем резания, направления главного движения и движения подачи при работе на этих станках.

Изучите конструкцию и работу поперечно-строгальных, продольно-строгальных, долбежных и протяжных станков, их кинематические схемы, операции, выполняемые на этих станках, и применяемые приспособления.

 

Вопросы для самопроверки

1. Покажите на строгальном и долбежном резцах, протяжке главные углы режущей части.

2. Какую точность и шероховатость обработанной поверхности можно получить при строгании, долблении и протягивании?

3. Устройство продольно-строгального станка, основные виды строгальных работ, выполняемые на этом станке, применяемые приспособления. Строгальные резцы, их элементы и углы.

4. Конструкции и геометрия зуба протяжки. Генераторное и профильное протягивание, схема прогрессивного протягивания.

2.3.10. Зубонарезание

Ознакомьтесь с сущностью методов копирования и обкатки для нарезания цилиндрических зубчатых колес (движения инструмента и заготовки), с конструкцией и геометрией применяемого инструмента (модульные, дисковые, пальцевые, червячные фрезы, долбяки) и с нарезанием конических колес с прямыми и спиральными зубьями, с конструкцией и геометрией применяемого при этом инструмента.

Необходимо уметь определять основное время при зубонарезании, знать методы заточки зубонарезного инструмента, иметь понятие о резцовых головках для нарезания конических колес с криволинейными зубьями.

Далее изучите методы отделки зубьев шестерен шлифованием, притиркой, шевингованием, обкаткой и изучите устройство и работу зубофрезерных станков, обратив внимание на виды рабочих движений, а также на кинематические цепи главного движения, цепи деления и цепи вертикальных подач и зубодолбежных станков.

 

Вопросы для самопроверки

1. В чем сущность методов копирования и обкатки?

2. Как настроить универсальную делительную головку для нарезания зубчатого колеса с 19 зубьями? Характеристика головки N=40.

2.3.11. Резьбонарезание

Сначала следует изучить методы и схемы резьбонарезания, элементы режима резания (скорость резания, подача, толщина, ширина и сечение срезаемого слоя).

Затем изучить конструкцию и геометрию режущей части резьбонарезных инструментов: резьбовых резцов, машинных и слесарных метчиков, плашек (круглых, плоских, раздвижных, для резьбонарезных головок), разновидности резьбонарезных головок, конструкцию радиальных головок, с круглыми гребенками, тангенциальных с плоскими гребенками, конструкцию резьбонарезных фрез. Необходимо знать, как изнашиваются метчики и плашки, критерии износа и как производится их заточка.

Далее изучить процесс резьбонарезания: скорость резания, ее расчет и связь со стойкостью, расчет мощности резьбонарезания, методика расчета режима резания и основного времени. Важно знать, какая получается шероховатость обработанной поверхности.

Желательно выполните операцию нарезания резьбы на токарно-винторезном станке с применением резьбового резца.

Вопросы для самопроверки

1. Покажите на метчике и плашке главные углы зуба.

2. Как правильно заточить метчик и плашку?

2.3.12. Шлифование и методы доводки поверхностей

Шлифование и доводка — методы окончательной обработки, во многом определяющие качество поверхностей деталей.

Рекомендуется следующий порядок изучения: физическая сущность процесса шлифования, основные виды шлифования, элементы режима резания. Расчет силы, мощности, основного времени при шлифовании, шлифовальные круги, их маркировка, проверка кругов на прочность, балансировка круга. Выбор кругов, износ и затупление кругов, их правка.

Для лучшего уяснения видов шлифования целесообразно изобразить на отдельном листке бумаги схемы круглого шлифования (наружного, внутреннего и бесцентрового), а также плоского шлифования периферией и торцом круга; на схемах нужно показать направление вращения шлифовального круга, являющегося главным движением, и направление движения шлифуемого изделия, которое будет движением подачи.

Инструментом для шлифования служат шлифовальные круги. Следует изучить их классификацию по форме и размерам, видам абразивного материала, величине зерна, видам связки, твердости и структуре. Уясните, по каким признакам следует выбирать круг по зернистости и твердости связки, как выбирать режимы работы (подачу и глубину шлифования, скорость резания и окружную скорость изделия). Нужно иметь понятие об износе и правке шлифовальных кругов, о точности обработки и шероховатости поверхности при шлифовании. Уметь по приведенным в учебнике формулам определять силу резания и мощность, при работе на резание шлифовальным кругом и вращении обрабатываемой детали.

Особое внимание следует уделить алмазным и эльборовым инструментам, кругам, их основным преимуществам перед обычными шлифовальными кругами.

Необходимо изучить основные типы шлифовальных станков и их назначение, способы закрепления шлифовальных кругов на шпинделе, механизмы продольных и поперечных подач, обратив особое внимание на устройство и работу кругло- и плоскошлифовальных станков.

В заключение следует ознакомиться с основными видами шлифовальных работ и применяемыми при этом инструментом и приспособлениями; иметь понятие об отделочных работах (притирке, хонинговании, суперфинише, полировании), уяснить их назначение, схемы обработки, применяемые материалы, инструменты и оборудование.

Вопросы для самопроверки

1. Устройство круглошлифовального станка, его гидрокинематическая схема.

2. Маркировка шлифовального круга, расшифровать значение букв и цифр в этой маркировке.

 

2.3.13. Специальные методы обработки материалов

Электроискровая, электроимпульсная, электроно-лучевая и анодно-механическая обработки металлов относятся к тем видам электрофизической размерной обработки, которые основаны на явлении местного разрушения металла под действием электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки, где она преобразуется в другой вид энергии (тепловую, механическую и т. д.).

Электроискровая и электроимпульсная размерные обработки основаны на применении кратковременных искровых и искродуговых разрядов. Разберитесь в схемах этих видов обработки, выясните, каким образом и при каких условиях образуется искровой или искродуговой разряд, как и благодаря чему производится удаление частиц металла с поверхности электродов. Необходимо уяснить, в чем отличие между этими видами обработки металлов, разобрать их достоинства и недостатки, а также применяемое оборудование. Следует хорошо представлять технологическое назначение этих видов обработки, качество обрабатываемых поверхностей, области и экономическую целесообразность их применения. При этом надо иметь в виду, что в современном машиностроении и металлообработке все шире применяются новые материалы, обработка которых обычными методами резания либо затруднена, либо вообще невозможна, и электроискровая, электро-импульсная и другие виды электрофизической размерной обработки являются единственными способами получения изделий заданных размеров и формы.

Рассмотрите также особенности механической размерной обработки металлов с использованием ультразвуковых колебаний, основанной на ударах с большой скоростью и частотой частиц абразива о поверхность обрабатываемой заготовки.

Электрохимические способы обработки основаны на анодном растворении определенного участка обрабатываемого металла в среде электролита.

Изучите схему электрохимической размерной обработки, электрохимической очистки поверхности металлов от окалины, электрохимического полирования, а также химико-механической доводки и шлифования сплавов, плохо поддающихся обычной механической обработке.

При этом следует обратить внимание на состав электролитов, их температуру и электрические режимы обработки.

В последние годы в машиностроении и металлообработке стали широко применяться электрогидравлическая, электроабразивная и электроалмазная обработки. Следует изучить их физическую сущность.

Обработка пластическим деформированием

Для инженера, работающего в области восстановления изношенных деталей, глубокое изучение этой темы имеет очень важное значение, так как методы обработки, отличаясь простотой и небольшой стоимостью приспособлений, дают весьма ощутимый эффект, позволяя значительно повысить качество восстанавливаемых деталей. В частности, износостойкость и усталостная прочность увеличиваются до двух раз. Значительно уменьшается микронеровности поверхности. Это требует незамедлительного внедрения методов в практику восстановления деталей.

Сначала необходимо изучить сущность обработки деталей методами пластического деформирования, изменение свойств и структуры поверхностного слоя деталей.

Затем изучите методы обработки (схемы, приспособления, режимы): накатывание и раскатывание цилиндрических поверхностей роликами и шариками, дорнование отверстий, накатывание резьб, шлиц и зубчатых колес, дробеструйная обработка, выглаживание. Схема, сущность, область применения электромеханической обработки.

Вопросы для самопроверки

1. В чем сущность обработки пластическим деформированием?

2. Как производится накатывание поверхности вала шариком?

3. В чем сущность электромеханической обработки?

4. Анодно-механическая обработка металлов; режимы обработки и область применения.

5. Сущность обработки металлов электроискровым и электроимпульсным способами. Области применения.

6. Сущность электрогидравлической и электроабразивной обработки.

 

2.3.14. Основы технологии машиностроения

В результате изучения этого раздела студент должен иметь полное представление о процессе получения готовой детали из заготовки.

Для этого необходимо усвоить основные понятия: производственный и технологический процессы, операция, рабочий ход, проход, установка и позиция.

Ознакомьтесь, как производится выбор заготовок с учетом припуска на обработку (знать, как определяются припуски).

Для правильной установки и обработки заготовки на станке необходимо иметь понятие о базах и их выборе, уметь оценить экономическую и достижимую точность обработки заготовки на станке, после чего принять окончательное решение о технологии обработки данной детали.

Затем произвести проектирование технологического процесса механической обработки в следующем порядке: по исходным данным для проектирования; построить план операций; разработать операции, оценить экономичность технологического процесса, заполнить технологическую документацию по ЕСТД.

После изучения и закрепления учебного материала с помощью данных общих методических рекомендаций, выполните контрольные работы по заданию, выданному в соответствии с вашей специальностью.

 

Вопросы для самопроверки

1. Дайте (опишите) понятия: производственный и технологический процессы, операция, переход, рабочий ход.

2. Как определить общий припуск на обработку?

3. Что такое установочная и измерительная базы?

4. Какая документация по ЕСТД составляется на операцию в зависимости от типа производства?