ТЕМА 3 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И АППАРАТОВ



Л.8

Механическая обработка. ОБРАЗОВАНИЕ ОТВЕРСТИЙ И ОБРАБОТКА КРОМОК

План:

1. Общая характеристика размерной обработки

2. Станки для обработки резанием

3. Образование отверстий

4. Обработка кромок

5. Подготовка кромок под сварку

1. Общая характеристика размерной обработки

Механическая обработка поверхностей заготовок является одной из основных завершающих стадий изготовления деталей машин.

Одна из актуальных задач машиностроения – дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин.

Наряду с обработкой резанием применяют методы обработки пластическим деформированием, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергии.

Классификация движений в металлорежущих станках

Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают на рабочих органах станков, обеспечивающих движение.

Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя материала или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания:

· Главное движение – определяет скорость деформирования материала и отделения стружки (Дг);

· Движение подачи – обеспечивает врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки (Дs);

Движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными.

Движения подачи: продольное, поперечное, вертикальное, круговое, окружное, тангенциальное.

В процессе резания на заготовке различают поверхности (рис. 3.1а):

· обрабатываемую поверхность (1);

· поверхность резания (2);

· обработанную поверхность (3).

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя металла.

Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов.

 

Рис. 3.1 – Схемы обработки заготовок:

а – точением; б – шлифованием на круглошлифовальном станке; в – сверлением

 

Режимы резания

При назначении режимов резания определяют скорости главного движения резания и подачи, и глубину резания.

Скоростью главного движения (V)– называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента в единицу времени (м/с).

Для вращательного движения:

                                                                            ,

 

где: Dзаг– максимальный диаметр заготовки (мм); n – частота вращения (мин-1).

Для возвратно-поступательного движения:

,

где: L – расчетная длина хода инструмента; m – число двойных ходов инструмента в минуту; k – коэффициент, показывающий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного хода.

Подача (S) – путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента.

В зависимости от технологического метода обработки подачу измеряют:

мм/об – точение и сверление;

мм/дв. ход – строгание и шлифование.

Глубина резания (t) – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к обработанной поверхности (мм).

.

2. Станки для обработки резанием

Классификация металлорежущих станков

По общности технологического метода обработки различают станки: токарные, фрезерные, сверлильные и др.

По назначению различают станки: широкоуниверсальные, универсальные, широкого назначения, специализированные, специальные.

Универсальные станки обрабатывают разнотипным инструментом различающиеся по размерам, форме и расположению поверхностей заготовки.

Широкоуниверсальные – предназначены для выполнения особо широкого разнообразия работ.

Станки широкого назначения характеризуются однотипностью применяемого инструмента.

Специализированные станки предназначены для обработки однотипных заготовок различных размеров.

Специальные станки предназначены для выполнения определенных видов работ на заготовках одинаковых размеров и конфигурации.

· По массе: легкие (до 1т ), средние (до 10т ), тяжелые (свыше 10т ) и уникальные (свыше 100т ).

· По степени автоматизации: с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы.

· По компоновке основных рабочих органов: горизонтальные и вертикальные.

В общегосударственной единой системе (ЭНИМС) станки разделяются на 10 групп и 10 типов. В группы объединены станки одинаковые или схожие по технологическому методу обработки. Типы характеризуют их назначение, степень автоматизации и компоновку.

 

Точение

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения.

Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении резца (движение подачи).

Движение подачи осуществляется:

· параллельно оси вращения заготовки (продольная);

· перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная);

· под углом к оси вращения заготовки (наклонная).

По технологическим возможностям точение условно подразделяют на: черновое, получистовое, чистовое, тонкое.

В качестве режущего инструмента при точении используют резцы.

Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение.

Различают резцы (см. ПРИЛОЖЕНИЕ В):

· проходные – для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей;

· расточные – проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий;

· отрезные – для отрезания заготовок;

· резьбовые – для нарезания наружных и внутренних резьб;

· фасонные – для обработки фасонных поверхностей;

· прорезные – для протачивания кольцевых канавок;

· галтельные – для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу.

По характеру обработки – черновые, получистовые, чистовые.

По направлению движения подачи – правые и левые (справа на лево и слева на право).

По конструкции – целые, с приваренной или припаянной пластиной, со сменными пластинами. Схемы обработки поверхностей заготовки точением представлены на рис. 3.2.

С помощью точения выполняют операции: обтачивание – обработку наружных поверхностей (рис. 3.2а); растачивание – обработку внутренних поверхностей (рис. 3.2б); подрезание – обработку торцевых поверхностей (рис. 3.2в); резку – разрезание заготовки на части ( рис. 3.2г); резьбонарезание – нарезание резьбы (рис. 3.2д).

 

Рисунок 3.2 – Схемы обработки поверхностей заготовки точением

 

Установка для закрепления заготовки зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, характеристики заготовки (l/D), точности обработки и других факторов.

ОБРАЗОВАНИЕ ОТВЕРСТИЙ

 

Отверстия в деталях можно образовывать механической обработкой со снятием и без снятия стружки, тепловыми способами (газопламенной, электродуговой, плазменной резкой, электроискровой резкой, оптическими способами, химическим фрезерованием и т.п.).

Отверстия любой формы в литейных, кованых и точеных деталях, а также отверстия диаметром до 50 мм в заготовках и деталях из проката обрабатываются сверлением и фрезерованием.

При механической обработке со снятием стружки детали с размеченными центрами отверстий устанавливают на сверлильные или фрезеровальные станки и обрабатывают режущим инструментом: сверлами, зенкерами, развертками, фрезами (см. приложение В). Отверстия по оси вращения обрабатывают на токарных станках сверлением, зенкерованием, растачиванием, развертыванием и т.п. меньшие допуски на размеры и шероховатость поверхности можно получить шлифованием.

Сверление является основным способом получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплошном материале заготовки (рис. 3.1в).

В качестве инструмента при сверлении используется сверло, имеющее две главные режущие кромки.

Схемы сверления, зенкерования и развертывания представлены на рисунке 3.3.

На сверлильных станках сверло совершает вращательное (главное) движение и продольное (движение подачи) вдоль оси отверстия, заготовка неподвижна (рис. 3.3а).

При работе на токарных станках вращательное (главное движение) совершает обрабатываемая деталь, а поступательное движение вдоль оси отверстия (движение подачи) совершает сверло (рис. 3.3б).

Диаметр просверленного отверстия можно увеличить сверлом большего диаметра. Такие операции называются рассверливанием (рис. 3.3в).

При сверлении обеспечиваются сравнительно невысокая точность и качество поверхности.

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

Зенкерование – обработка предварительно полученных отверстий для придания им более правильной геометрической формы, повышения точности и снижения шероховатости. Многолезвийный режущим инструментом – зенкером, который имеет более жесткую рабочую часть и число зубьев не менее трех (рис. 3.3г).

Развертывание – окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой в целях получения высокой точности и низкой шероховатости. Развертки – многолезвийный инструмент, срезающий очень тонкие слои с обрабатываемой поверхности (рис. 3.3д).

 

Рисунок 3.3 – Схемы сверления, зенкерования и развертывания

 

 

Для получения отверстий механической обработкой без снятия стружки используют прессы. Операции называются: вырубка, пробивка, просечка и др.

Пробивка отверстий осуществляется на прессах специальными штампами. Пробивка применяется для образования в деталях отверстий различных форм и размеров.

При одновременной пробивке большого числа отверстий с целью уменьшения усилий применяют ступенчатое расположение пуансонов. Для этой же цели на пуансонах иногда делают скосы.

Отверстия в деталях, работающих под нагрузкой или в сильно коррозионной среде, рекомендуется рассверливать.

Для изготовления сеток без отходов материала используют метод вырубки с растяжением. Этим методом можно изготовить сетки различного назначения из стали и цветных металлов с толщиной листа до 5 мм.

Вырубка является одним из видов штамповки. Процесс вырубки осуществляется с помощью пуансона и матрицы (см. рис. 3.4). Пуансон изготавливают в виде сплошного сердечника, в матрице же имеется отверстие для прохода пуансона. Между пуансоном и матрицей остается зазор, в который в процессе деформирования течет металл. Величина зазора зависит от рода и толщины металла. В общем случае зазор может быть равным 10% толщины металла.

Просечка применяется для получения детали и отверстия в материалах органического происхождения, имеющих малое сопротивление срезу (см. рис. 3.5). Просечку производят вручную, на гидравлических, приводных механических прессах или на эксцентриковых механических прессах.

При работе вручную необходимо правильно устанавливать просечку. Разрезаемый материал укладывают на паронит, толщина которого должна быть в 2-3 раза превышать толщину обрабатываемого материала. Просечку производят несколькими легкими ударами молотка.

Расчетное усилие пресса слагается из усилия вырубки и усилия проталкивания. Усилие вырубки определяется по формуле, кг:

,

где Kз – коэффициент, учитывающий затупление инструмента; П – длина контура вырубленного изделия, мм; d  – толщина материала, мм; t – допускаемое касательное напряжение, кг/мм2.

Усилие проталкивания определяется по формуле, кг:

                                                                                       ,                                                                                 (2.7)

где Kпр – коэффициент, учитывающий отношение усилия проталкивания к усилию вырубки, Кпр = 0,01–0,06; Р – усилие вырубки, кг; h – высота цилиндрической части матрицы.

Газопламенная, электродуговая и плазменная резка применяются для вырезки в листовом материале отверстий диаметром более 50 мм.

Электроискровая обработкаотверстий. При импульсивном электрическом разряде через воздушный промежуток между электродами проходит электрический ток очень большой силы (до 10000 А). Электрическая энергия в момент разряда переходит в тепловую, вызывая на узком участке разрядного канала повышение температуры до 40000–50000°С. Под действием этой температуры металл плавится и испаряется с огромной скоростью. Одним электродом служит металлический или графический стержень, а другим – обрабатываемая деталь. При частоте электрического тока около 2250 Гц оплавление инструмента практически отсутствует. Этим методом можно обрабатывать практически любые металлы. Можно получать отверстия очень малых диаметров (от 0,1 до 1,0 мм) в деталях большой толщины, а также получать сита из нержавеющей стали для ректификационных тарелок. В зависимости от формы электрода-инструмента можно получать любой контур отверстия. Этот способ используется также для получения штампов сложной конфигурации, для получения высокого класса чистоты поверхности отверстий. При этом способе в межэлектродном пространстве создается интенсивный поток электролита. Химические соединения, образующиеся при обработке, растворяются в электролите и уносятся из межэлектродного пространства потоком жидкости. Отклонения от номинальных размеров отверстий при электрохимической обработке не превышают 0,05–0,2 мм.

Химическое фрезерование. В отдельных случаях в крупных деталях при обработке поверхностей сложной конфигурации применяют химическое фрезерование, при котором происходит глубокое травление поверхностей в специально подобранных травящих растворах.

Для интенсификации процесса в раствор вводят абразивный порошок.

Технологический процесс обработки химическим фрезерованием состоит из следующих операций: а) тщательная очистка поверхностей; б) покрытие защитными составами поверхностей, не подлежащих травлению; в) травление; г) промывка поверхностей и очистка; д) контроль.

Для получения очень точных отверстий малых диаметров различных профилей используют оптические методы. Например, кислородо-лазерный способ. Оптические методы позволяют получать отверстия, не требующие дальнейшей обработки. За счет оплавления края отверстия упрочняются и становятся совершенно гладкими.

Для обработки сквозных отверстий в незакаленных деталях диаметром 0,3-0,5 мм используют координатно-расточные станки. После закалки отверстия деформируются, что приводит к браку. Кроме того, сверла часто ломаются (7–15 отверстий на одно сверло).

Для обработки сквозных технологических отверстий в закаленных деталях пресс-форм из материалов различной твердости используется лазерная установка «Корунд-2».

В настоящее время успешно эксплуатируется в условиях серийного производства лазерный полуавтомат ЛП-2. С его помощью за 24 мин. в одной детали прошивается 60 отверстий диаметром 0,3 мм и глубиной 1 мм, при этом обеспечивается высокая точность и чистота поверхности.

С помощью лазерных установок можно проделывать отверстия, ось которых не перпендикулярна обрабатываемой поверхности.

Лазер применяется для изготовления отверстий в фильтрах; изготовлении сетчатых тарелок с отверстиями малых диаметров; отверстий в деталях форсуночных сопел и двигателей из твердых сплавов; в сетках клистронов; в камнях для ювелирной промышленности и многих других производства.

ОБРАБОТКА КРОМОК

После резки, вырубки, сверления по краям обрабатываемых деталей остаются наплывы, заусенцы, остатки флюса и другие неровности, нарушающие форму деталей. Их устраняют с помощью обрубки или опиловки.

Обрубка. Операция обрубки заключается в периодическом отделении от основного изделия небольших кусков материала.

Для обрубки мелких деталей используют ручное зубило и молоток. Детали в этом случае крепят в тисках.

Большие детали обрабатывают зубилом, установленным в пневматическом молотке или электрозубилом (см. фото).

Угол клина зубила выбирается в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Зубило при рубке устанавливают таким образом, чтобы задний угол составлял не более 5°.

Толщина стружки, снимаемая при рубке, зависит от угла наклона инструмента к обрабатываемой поверхности и от силы удара. При грубой рубке толщина снимаемого слоя может составлять 3–5 мм.

Рубку хрупких металлов производят всухую, при обработке вязких и мягких материалов рекомендуется смачивать зубило маслом или эмульсией. При рубке сплавов алюминия применяют скипидар.

Опиловка. Операция опиловки заключается в снятии с металла мелкой стружки. Опиловка производится напильником или абразивными кругами, укрепленными в переносных электрических или пневматических машинах.

Для обработки мелких деталей используют напильники (см. приложение Г).

Напильники различают по форме сечения, числу насечек на 1 пог.см длины и по виду насечки. По форме сечения напильники бывают плоские, квадратные, трехгранные, полукруглые, круглые, ромбические, овальные и пр.

По числу насечек на 1 пог.см различают 6 классов напильников: 1 класс – драчевые (5-12 насечек); 2 класс – личные (до 20 несечек); 3-6 класс – бархатные (до 40 насечек – 3-й класс, до 50 – 4-й класс, до 60 – 5-й класс, до 80 – 6-й класс). По виду насечки напильники бывают с односторонней (одинарной) и двухсторонней (двойной) насечкой. Напильники с односторонней насечкой применяют для обработки мягких материалов. Двойная насечка облегчает дробление стружки и применяется для обработки твердых материалов.

Применяемые при опиловке абразивные материалы могут быть природными и синтетическими (искусственными). К природным абразивным материалам относятся: корунд, наждак, гранит, кварц, пемза и др. К искусственным – карбид бора, карбид кремния (карборунд), алунд, измельченное стекло, крокус, синтетические алмазы и др.

Существует три группы абразивов: шлифзерно (номера зернистости от 10 до 90), шлифпорошки (номера зернистости от 100 до 320) и микропорошки (номера зернистости свыше 320). Номер зернистости представляет собой число отверстий сита, приходящихся на 1 пог. дюйм (25,4 мм) сита, через которое просеивают абразивные материалы. Абразивы применяют в виде порошков, кругов, брусков, шкурок, паст и др.

 

Подготовка кромок под сварку

Кромки под сварку подготавливают для получения заданной геометрической формы и удаления дефектного слоя с измененной структурой и свойствами, появившихся на предшествующих операциях. Форма кромок обеспечивает правильное формование сварного шва и может быть различной: под углом с прямолинейным скосом кромок, с притуплением кромок и без него; под углом с криволинейным скосом кромок, с припусками и без них; фасонного профиля для сварки листовой двухслойной стали.

Форма, размеры и отклонения кромок под сварку должны соответствовать действующим стандартам, нормалям, требованиям чертежа и техническим условиям. Способы подготовки кромок под сварку должны исключать механические повреждения кромок и возникновение зон термического влияния. Основные требования к подготовке кромок изложены в типовых технологических процессах на сварку. В аппаратуростроении конструктивные элементы подготовки кромок листового металла для различных типов соединений в зависимости от металла, его толщины и способа сварки регламентируются ГОСТ 14771-76, ГОСТ 8713-70, 16098-70 и др., отраслевой нормалью ОН-26-01-71-94. Эти же сведения имеются в справочной литературе.

Подготовка кромок абразивным кругом предусматривает зачистку с двух сторон поверхности листа в местах разделки кромок и будущей сварки на ширине 40 мм от торцов. Кромки зачищают до полного удаления окалины и ржавчины, трещин и пр. Проверяют, чтобы не было закатов, расслоений в зоне будущей сварки, а затем производят разметку и кернение размеров разделки кромок. Операцию выполняют с использованием электрической или пневматической шлифовальной машины (см. фото) с применением шлифовальных кругов. Окружная скорость для кругов на керамической связке составляет 30 м/с, на бакелитовой – 40 м/с и на вулканитовой – до 45 м/с.

Обработка прямоугольных кромок под сварку производится на продольнострогальных и кромкострогательных станках резцами прямого и фасонного профилей, а также кромкорезами электрическими.

Обработка кромок под сварку на деталях небольших размеров производится на универсальных горизонтальных и вертикальных фрезерных станках. Обработка прямолинейных кромок, имеющих прямой или фасонный профиль, под сварку производится на кромкофрезерных станках.

Обработка кромок на обечайках, днищах, конусах и других крупных и жестких деталях производится на токарно-карусельных станках резцами или одновременно с двух торцов газопламенной резкой.


СРС

Фрезерование

Фрезерование – высокопроизводительный и распространенный метод обработки поверхностей заготовок: многолезвийным режущим инструментом – фрезой.

Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы, а вспомогательным поступательное перемещение заготовки. Движение подачи может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно- фрезерные, и барабанно-фрезерные станки). Каждый режущий зуб при вращении фрезы врезается в заготовку и осуществляет резание только в пределах определенного угла поворота фрезы, а затем вращается в холостую до следующего врезания. Таким образом, особенностью процесса фрезерования является периодичность и прерывистость процесса резания каждым зубом фрезы, при чем 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 поверхности фрезы.

Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы представлены на рис. 20.1.

Рис. 20.1. Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы.

 

Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами (рис. 20.1.а) и на вертикально- фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 20.1.б).

Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 20.1.в) и торцовыми фрезерными головками, а на вертикально- фрезерных станках – концевыми фрезами (рис. 20.1.г).

Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (рис. 20.1.д) на горизонтально- фрезерных станках.

Уступы и прямоугольные пазы фрезеруют концевыми (рис. 20.1.е) и дисковыми (рис. 20.1.ж) фрезами.

Шпоночные пазы фрезеруют концевыми или шпоночными фрезами на вертикально- фрезерных станках (рис. 20.1.з).

Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей фрезеруют фасонными фрезами соответствующего профиля (рис. 20.1.и).

Пространственно- сложные поверхности обрабатывают на копировально-фрезерных автоматах (рис. 20.1.к). Обработку производят специальной концевой фрезой. Фрезерование ведут по трем координатам: x, y, z (объемное фрезерование).

 

Шлифование

Шлифование – процесс обработки заготовок резанием с помощью инструментов (кругов), состоящих из абразивного материала.

Абразивные зерна расположены беспорядочно. При вращательном движении в зоне контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100000000 в мин.).

Процесс резания каждым зерном осуществляется мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микро-следов абразивных зерен и имеет малую шероховатость.

Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью.

Главным движением при шлифовании является вращение шлифовального круга, а перемещение круга относительно детали является движением подачи.

Различают следующие основные схемы шлифования: плоское, круглое, внутреннее (рис. 20.2).

При плоском шлифовании (рис. 20.2.а) возвратно-поступательное движение заготовок необходимо для обеспечения продольной подачи Sпр. Для обработки поверхности на всю ширину в заготовка или круг должны иметь поперечную подачу Dsп, которая осуществляется прерывисто при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически осуществляется движение вертикальной подачи D, в крайних положениях заготовки в конце поперечного хода.

Плоское шлифование может осуществляться периферией или торцом шлифовального круга.

При круглом шлифовании (рис. 20.2.б) движение продольной подачи осуществляется возвратно-поступательным перемещением заготовки. Подача Sпр соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является движением круговой подачи. Подача Sп на глубину резания происходит при крайних положениях заготовки.

Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании показаны на рис. 20.2.в.


Рис. 20.2. Основные схемы шлифования

Для выполнения процесса шлифования наружных поверхностей деталей используются кругло-шлифовальные, плоско-шлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки. Для обработки сложных фасонных поверхностей используются специальные ленто- шлифовальные станки.

В ленто-шлифовальных станках применяется инструмент в виде бесконечной абразивной ленты. Лента в процессе шлифования поверхности сложной формы (например: лопатки турбин) огибает сложную поверхность и перемещается в осевом и продольном направлениях.

Абразивный слой наносят на бумажную или тканевую основу ленты.

Шлифованием обрабатываются только жесткие детали, не формирующиеся в процессе обработки. Данный способ не допускает обработки малых отверстий.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 384; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ