Рассмотрены основные вопроеы, сnязшшые с обрnботкой материалов резанием и конструкцией инструментов для ее ренлиэацни: общие сведе ния о механической обработке, фрезерования, протягивания, обработки отверстий, нареза ния резьб и зубьев, абразивной обработки. Предстввлены сведения о современных технологических мстодnх обработки мвте1ншлов (злектро эрозионном, электрохими•rеском, лазс!р!ЮМ), а токже особенностях инст рументов для нnтомnтизированного производства.
Для учащихся средних специальных учебных з11ведений, обучаю щихся по специальности технология машиностроения•. Может быть полезно учащимся профессион11льно-технических учебных заведений, обучающимся по машиностроительным специальностям.
Машиностроение призвано сыграть ведущую роль в ускоре нии научно-технического прогресса в народном хозяйстве нашей страны. Характерными чертами его развития являются автомати зация технологичес1<:их процессов, широкое внедрение робото техники, высокая производительность труда. Среди различных технологий, применяемых в машиностроении, обработка реза нием является одним из основных методов получения точных деталей мо.шин. Поскольку требования к точности машин и при боров повышаются, становится бесспорной перспективность раз вития процессов механической обработки. Их универсальность и гибкость обеспечивают преимущества перед другими способами изготовления деталей, особенно при производстве изделий не большими партиями.
Производительность и эффективность работы металлообрабаты вающего оборудования, качество и точность получаемых деталей машин во многом зависят от того, как функционируют системы, связанные с режущим инструментом и реализацией. процесса обработки. Формирование у учащихся учреждений, обеспечи вающих получентте среднего специального образовnния. общих представлений об этом процессе является основной целью дисци плины (Обработка материалов и инструмент)). Главная ее задача - знакомство учащихся с основными закономерностями процессов резания различными типами режу цих инструментов, а также с их современными конструкциями и методиками проектирования.
Предлагаемое учебное пособие состоит из девяти глав, в кото рых рассматриваются следующие вопросы:
глава 1: современные способы обработки материалов, основ ные движения при их обработке резанием, а также виды и об ласти применения современных инструментальных материалов (быстрорежущих сталей, твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов);
глава 2: общие понятия о геометрии режущего лезвия, элемен тах режима резания и срезаемого слоя, основных физичес!(ИХ процессах, имеющих место в зоне резания (стружкообразовании, возникновении нароста, сопротивлении резанию, особенностях теплообмена, характере изнашивания и др.); современные кон струкции и методика проектирования резцов общего назначения и фасонных резцов, резцовых вставок и расточных инструментов;
1 •
------·--
4 ---·-----··- ----- Предисловие-
глава 3: основные закономерности работы осевых инстру ментов для обработки отверстий (сверл, зенкеров и разверток), особенности их геометрии, kонструктивных элементов, методи ки расчета основных параметров;
глава 4: закономерности процессов фрезерования цилиндриче скими и торцовыми фрезами, основные типы современных фрез, выбор их конструктивных элементов и методики расчетов;
глава 5: назначение, :конструктивные элементы, схемы реза ния протяжеR для обработки различных поверхностей - отвер стий стандартизованной и произвольной формы, пазов, плоско стей и др.;
глава 6: процессы и инструменты для нарезания резьб - метчики, резцы, гребенки, фрезы и др.;
глава 7: инструменты для: нарезания зубчатых профилей мето дами копирования и обкатки и общие положения проектирования наиболее характерных из них - червячных фрез и долбя:ков;
глава 8: материалы для абразивно-алмазных инструментов, виды абразивных и алмазных кругов и инструментов для отде лочной обработки;
глава 9: современные методы обработки материалов (электро эрозионная, элентрохимичес:кая, лазерная), особенности конструк ций режущих инструментов для автоматизированных производств, а также способы улучшения режущих свойств инструментов.
1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЧЕСКОЙ
1.1. Сущность и виды обработки материалов резанием
Обработка материалов резанием - наиболее широко исполь зуемая технология в производстве машин. Ее характерными особенностями являются универсальность, лег1юсть приспособле ния для обработки конкретных поверхностей в различных типах производства, возможность автоматизации процесса и оператив ного вмешательства в ход обработки и ряд других. В зависимости от формы обработанной поверхности и используемого оборудова ния обработку резанием можно подразделить на следующие виды:
1) точение, токарная обработка - одна из основных опе раций обработки резанием наружных, внутренних и торцовых поверхностей вращения токRрными резцами соответствующего назначения. Выполняется на металлорежущих станках токарной группы, обычно при вращательном движении изделия и посту пательном движении резца. Процесс механической обработки внутренних поверхностей расточными резцами с целью увели чения диаметра называется растачиванием;
6 1. Общие сведения о механической обработке материалов резанием
2) обработка от_верстий осевыми инструментами - фор мирование отверстий различной формы в сплошном материале или увеличение диаметра уже имеющегося отверстия с помощью различных режущих инструментов. Различают: \
• сверление - процесс получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале на сверлильных, токарных, револьверных, расточных, агрегатных и других станках, а также при помощи ручных сверлильных машин. Главное движение при сверлении - вращательное, движение подачи - поступательное. При работе на сверлильных станках оба движения осуществляет сверло, при работе на других станках вращение совершается обрабатываемой заготовкой, поступательное осевое движение - сверлом;
• зенкерование - способ обработки поверхностей отверстий, предварительно просверленных либо полученных горячей или холодной штамповкой и литьём. Применяется при обработке цилиндрических отверстий, углублений под головки или шей ки болтов и винтов, торцовых поверхностей бобышек под шайбы, упорные кольца и т.п. Зенкерование является промежуточной операцией после сверления перед развёртыванием; повышает точность и снижает шероховатость поверхности отверстия, так как зенкер, в отличие от сверла, имеет больше режущих лезвий. Широко применяется при чистовой и получистовой обработке отверстий на сверлильных, револьверных и расточных станках;
• развёртывание - одна из разновидностей: обработки отвер стий многолезвийным режущим инструментом - развёрткой. В результате развертывания обеспечивается высокая точность и малая шероховатость поверхности отверстия;
3) фрезерование - обработка открытых (плоскостей, наруж ных пазов) или замкнутых (внутренние карманы и пазы) поверх ностей различной формы с помощью соответствующих фрез на фрезерных стан:ках; фреза при этом совершает вращательное, а заготовка - преимущественно поступательное движение;
4) протяzивание обработ:ка круглых или фасонных отвер
стий, а также пазов, плоскостей и наружных поверхностей слож ной формы на протяжных станках многолезвийным режущим инструментом - протяжкой. Применение протягивания целесо образно при обработке больших партий деталей, т.е. в крупносе рийном и массовом производстве (ввиду сложности изготовления и высокой стоимости протяжек);
1.1 Сущноаь и виды обработки материалов резанием 7
5) обработка реаьбы - процесс формирования наружных и внутренних резьб различного профиля и шага с помощью резь бонарезных или резьбона:катных инструментов; осущес·rвляется на токарных, сверлильных, фрезерных и специализированных резьбонарезных и резьбонакатных станках;
6) зубонарезание - процесс обработки зубьев зубчатых ко лёс и других деталей, имеющих зубья, на зубообрабатывающем станке путем снятия стружки зуборезным инструментом. При черновом зубонарезании снимается 66льшая часть припуска, а профиль зуба еще не получает окончательной формы. Чисто вое зубонарезание либо бывает окончательным процессом, либо после него производят упрочняющую обкатку аубьев, термиче скую обработку с последующим зубошлифовnнием или довод кой. Черновое зубонарезание осуществляют методами обкатки или копирования, чистовое - обычно методом обкатки. При ко пировании инструментом являются фрезы (дисковая или пnльце вая), которые в радиальной плоскости имеют профиль, соответ ствующий впадине между зубьями нарезаемого аубчатого колеса. При обкатке используют червячные фрезы, зубонарезные гре бенки, долбяки, зубострогальные резцы с режущей частью, про изводящая поверхность которых представляет собой как бы профиль зуба сопряженной зубчатой рейки (колеса). Профиль зуба, получаемый после зубонарезания по методу обкатки, бли зок к огибающей линии, образованной последовательными по ложениями режущей кромки инструмента;
7) абразивная обработка - окончательная обработка по
верхностей различной формы с помощью шлифовальных кру гов, брУсков, сегментов и других абразивных инструментов на соответствующих металлорежущих станках. Наиболее распро страненный способ абразивной обработки - шлифование, обес печивающее высокую точность обработки и малую шероховатость обработанной поверхности.
Все перечисленные виды обработки основаны на использовании механической энергии для изменения размеров и qюрмы обрабаты ваемых деталей. В последние годы наряду с традиционными про цессами обрnботки резанием деталей из различных материалов используется также ряд высокопроизводительных видов обра ботки, основанных на использовании немеханической энергии:
• электроэрозионная обработка - основана главным образом на тепловом действии электрического тока в зазоре между инст-
8 1. Общие сведения о механической обработке материалов резанием
рументом (электродом) и деталью. Различают электроэрозионную обработку размерную, основанную на эрозии (разрушении мате риалов электрическим разрядом), и электроэрозионную обработ ку для упрочнения поверхности или покрытия ее защитным слоем;
• электрохимическая обработка - основана на удалении
слоя материала с помощью электрохимических процессов, про исходящих в среде электролита;
• лазерная обработка - основана на удалении определенно го объема материа.irа детали или ее разрезке с помощью лазерного излучения. При этом используется термическое действие свето вого излучения, вызываемое его поглощением в обрабатываемом материале. Сами свойства обрабатываемого материала, например высокая твердость, слабо влияют на интенсивность процесса.
Указанные способы обработки позвоJtяют обрабатывать по верхности весьма сложной формы в деталях из различных мате риалов, в том числе труднообрабатываемых. Однако, несмотря на несомненную эффективность, их доля в общем объеме меха нической обработки все еще весьма мала. Это связано со слож ностью и высокой стоимостью используемого оборудования, отсутствием доступных рекомендаций по выбору технологиче ских параметров обработки и технологических сред, проблема ми с утилизацией отходов производства и т.п. Поэтому основное внимание в дальнейшем будет уделено традиционным видам об работки резанием.
1.2. Главные и вспомогательные движения при обработке резанием. Поверхности