ШКС предназначена для соединения листовых материалов непрерывным швом. Для этого, заготовки размещают между вращающимися роликами - электродами. ШКС, так же, как и ТКС, можно выполнять при одностороннем расположении электродов (рисунок 5.13, а). Различают непрерывную и импульсную ШКС (рисунок 5.13, б).

а - схемы; б - циклограммы; I - ток; Р - давление; t - время

Рисунок 5.13 - Шовная контактная сварка

При непрерывной сварке происходит перегрев металла шва и околошовной зоны, что отрицательно сказывается на качестве шва и работоспособности роликов. При импульсной подаче тока перегрева металла не происходит. При этом необходимо, чтобы сварные точки перекрывали друг друга на 1/3 или на 1/4 их диаметра. Из-за большого влияния шунтирования нецелесообразно сваривать листы суммарной толщины более 3 мм.

Практическое занятие № 6. Основы обработки резанием

Физико-механические основы обработки материалов резанием

Обработка материалов резанием - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки, с целью получения заданной геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхности детали.

Резание металлов - это сложный процесс физико-механического взаимодействия режущего клина инструмента, заготовки и окружающей среды. Для обработки детали режущий инструмент и заготовку необходимо установить и закрепить в рабочих органах станка и сообщить им относительные движения. Движения рабочих органов станка разделяются на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки поверхностного слоя металла или изменение состояния обработанной поверхности называются движениями резания. К ним относят: главное движение и движение подачи. Главным движением (Dр) называется движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки. Движением подачи (Ds) называется движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Это движение может быть вращательным, поступательным, возвратно-поступательным, непрерывным или прерывистым. В начальный момент процесса резания движущийся режущий клин вдавливается в материал заготовки, создавая в срезаемом слое упругие деформации. При дальнейшем перемещении клина упругие деформации переходят в пластические.

При обработке заготовок резанием образуется стружка: сливная, скалывания и надлома. Сливная стружка образуется при обработке пластичных материалов. Она представляет собой сплошную зазубренную ленту с гладкой прирезцовой стороной. Эта стружка достаточна опасна для оператора (травмирование оператора). Стружка скалывания образуется при обработке материалов средней твердости. Она представляет отдельные сегменты ленты с гладкой прирезцовой стороной и ярко выраженными зазубринами на внешней стороне. Эта стружка также может травмировать оператора, но ее легче убирать от станка. При резании хрупких материалов образуется стружка надлома. Она представляет собой отдельные сегменты неправильной формы. Стружка удобна для транспортирования, но может травмировать лицо, глаза и руки оператора.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки (рисунок 6.1). На схеме условно изображают обрабатываемую заготовку 2; ее базирование 8 и закрепление 7 в рабочем приспособлении станка 3; режущий инструмент 1 в положении соответствующем концу обработки. Обработанную поверхность 6 выделяют красной или утолщенной черной линией. Используя условные обозначения, показывают характер движений резания (движение резания Dр и движение подачи Ds), их направление. Различают движения подачи: продольное Ds_прод; поперечное Ds_поп; вертикальное Ds_в; круговое Ds_кр и другие.

а - продольное точение; б - поперечное точение; в - растачивание; г - фрезерование; 1- режущий инструмент; 2 - заготовка; 3 - станочное (рабочее) приспособление; 4 - обрабатываемая поверхность; 5 - поверхность резания; 6 - прижим; 7 - базирующий элемент

Рисунок 6.1 - Схемы обработки заготовок

Рассмотрим параметры режущего инструмента. Режущий инструмент (рисунок 6.2) состоит из рабочей части (головки) 2 и тела (стержня) 3. Тело резца служит для его установки и закрепления в резцедержателе. Рабочая часть резца образуется при его заточке и содержит следующие элементы: переднюю, поверхность 4 (поверхность, по которой сходит стружка); главную заднюю поверхность 6 (она наиболее развита и направлена по движению подачи); вспомогательную заднюю поверхность 1 (направлена против движения подачи). Пересечение передней и главной задней поверхностей дает главную режущую кромку 7, пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей дает вспомогательную режущую кромку 5. Режущие кромки пересекаются в вершине резца 8. Расположение поверхностей и кромок резца определяется его заточкой (геометрия инструмента).

1, 6 - вспомогательная и главная задние поверхности; 2 - головка резца; 3 - тело резца; 4 - передняя поверхность; 5, 7- вспомогательная и главная режущие кромки; 8 - вершина резца

Рисунок 6.2 - Элементы и части прямого токарного проходного резца

Для определения углов, под которыми располагаются элементы инструмента, вводят координатные плоскости (рисунок 6.3). Основная плоскость (Рv) параллельна возможным направлениям движения подачи для данного способа обработки. Плоскость резания (Рn) проходит через главную режущую кромку касательно поверхности резания. Главная секущая плоскость (Рф) проходит через главную режущую кромку перпендикулярно поверхности резания.

Ds - движение подачи; Dp - движение резания; Рv - основная плоскость; Рn - плоскость резания; Pф - главная секущая плоскость; б, г - главные задний и передний углы; ц, ц₁ -главный и вспомогательный углы в плане; л - угол наклона главной режущей кромки

Рисунок 6.3 - Углы резца в статической системе координат

6.1 ЛЕЗВИЙНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

В лезвийной обработке (в зависимости от вида и направления движений резания, вида обработанной поверхности) можно выделить следующие технологические методы: точение, строгание, сверление, фрезерование, протягивание.

Точение

Точение - лезвийная обработка резанием (ЛОР) цилиндрических и торцевых поверхностей; главное движение - вращательное, придается заготовке или режущему инструменту; движение подачи - прямолинейное или криволинейное, придается режущему инструменту вдоль, перпендикулярно или под углом к оси вращения. Точением обрабатываются шейки и торцевые поверхности круглых стержней (валов); наружные и внутренние цилиндрические поверхности и торцы дисков; внутренние цилиндрические торцевые поверхности некруглых стержней и корпусных деталей.

В зависимости от вида обработанной поверхности различают: обтачивание (обработка наружных поверхностей) и растачивание (обработка внутренних поверхностей). В зависимости от направления движения подачи различают: продольное точение (рисунок 6.4, а) (движение подачи направлено вдоль оси вращения заготовки); поперечное точение (6.4, б) (движение подачи направлено перпендикулярно оси вращения заготовки); нарезание канавок и отрезание (6.4, в), точение конусов (движение подачи направлено под углом к оси вращения заготовки); нарезание винтовых поверхностей (6.4, г) и точение фасонных поверхностей (6.4, д).

а - продольное точение; б - поперечное точение; в - нарезание канавки и отрезание; г - нарезание резьбы; д - точение конических поверхностей

Рисунок 6.4 - Основные технологические схемы точения

Различают токарные резцы:

· 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, различают резцы: для чернового, получистового, чистового точения. По типу инструментального материала и способу его крепления на головке, различают резцы: цельные из углеродистых или из быстрорежущих сталей; с напайной пластинкой из быстрорежущей стали или из твердого сплава; с механическим креплением пластинки твердого сплава или кристалла сверхтвердого материала. По виду пластины твердого сплава, различают резцы; с перетачиваемыми и с неперетачиваемыми пластинами.

а - проходной прямой; б - проходной отогнутый; в - проходной упорный; г - подрезной; д - отрезной; е - фасонный; ж - резьбовой; и - проходной расточной

Рисунок 6.5 - Типы резцов

Строгание и долбление

Строгание и долбление - ЛОР открытых плоских и фасонных, наружных и внутренних поверхностей; главное движение - прямолинейное, возвратно поступательное, придается режущему инструменту; движение подачи - дискретное, прямолинейное или криволинейное, придается заготовке в конце обратного хода инструмента. При строгании (рисунок 6.5, а) главное движение придается инструменту в горизонтальной плоскости. При долблении (рисунок 6.6, б) - в вертикальной.

а - строгание; б - долбление

Рисунок 6.6 - Основные технологические схемы строгания наружных поверхностей

Процесс резания при строгании или долблении - прерывистый и удаление материала происходит только при прямом (рабочем) ходе инструмента. При обратном (холостом) ходе резец не снимает стружку.

Холостой ход обеспечивает охлаждение инструмента. Режущий строгальный и долбежный инструмент, изготавливается двух типов: резцы строгальные (проходные, прорезные и фасонные); долбяки (проходные, для шпоночных пазов и специальные).

Обрабатываемые заготовки небольших размеров и простых форм устанавливают на станке в тисках. Крупные заготовки и заготовки сложных форм устанавливаются непосредственно на столе, имеющем Т-образные пазы, и закрепляются: прихватами, призматическими или клиновыми подкладками; упорами - прижимами. Заготовки с цилиндрическими базирующими элементами устанавливаются на призмы.

Протягивание

Протягивание - ЛОР открытых, плоских и фасонных, внутренних и наружных поверхностей с линейной образующей; главное движение - прямолинейное или круговое, придается режущему инструменту; движение подачи отсутствует, возобновление процесса резания обеспечивается подъемом на зуб (Sz). Подъем на зуб - превышение по высоте или по ширине размера режущей части последующих зубьев над предыдущими. По характеру движения режущего инструмента различают: протягивание - инструмент вытягивается из отверстия; прошивание - инструмент проталкивается в отверстие.

Протягивание - высокопроизводительный процесс обработки наружных и внутренних поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обработанной поверхности. При протягивании профиль обработанной поверхности копируется профилем режущих зубьев. Поэтому протяжки - узкоспециальный инструмент, применяемый для обработки поверхностей со строго заданными формой и размерами. По характеру обработанной поверхности различают внутренние и наружные протяжки. Внутренние протяжки предназначены для обработки круглых, квадратных, многогранных и шлицевых отверстий, а также шпоночных и других фигурных пазов. Наружные протяжки предназначены для обработки наружных поверхностей, пазов, уступов.

Протягивание - процесс прерывистый. Необходимо возвратно - поступательное движение исполнительного механизма главного движения. Прямой ход - рабочее движение, обратный ход - холостой ход. Инерция масс исполнительного механизма главного движения не позволяет работать на высоких скоростях резания. Обычно принимают скорость резания в пределах от 8 до 15 м/мин.

Сверление

Сверление - ЛОР цилиндрических отверстий с прямолинейной образующей; главное движение - вращательное, придается инструменту; движение подачи - прямолинейное, придается инструменту вдоль оси его вращения.

Фрезерование

Фрезерование - ЛОР плоских и фасонных поверхностей с линейной образующей; главное движение - вращательное, придается инструменту; движение подачи - прямолинейное, поступательное, придается заготовке в направлении как вдоль, так и перпендикулярно оси вращения инструмента.

На универсальных горизонтально - фрезерных станках (ГФС) (ось вращения инструмента - горизонтальна) и вертикально - фрезерных станках (ВФС) (ось вращения инструмента - вертикальна) обрабатывают: горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости; одновременно несколько плоскостей; уступы и пазы (прямолинейные или фасонные); фасонные поверхности.

В зависимости от соотношения длины фрезы к ее диаметру (К=L/Dф) различают: цилиндрические фрезы (К = 0,5…3); концевые или пальцевые фрезы (К?3) и дисковые фрезы (К?0,5). В зависимости от расположения главной режущей кромки различают: фрезы с прямым зубом (главная режущая кромка параллельна оси вращения фрезы); косозубые фрезы (главная режущая кромка направлена под углом к оси вращения фрезы); шевронные фрезы (главные режущие кромки соседних зубьев расположены под углом друг к другу). В зависимости от конструктивного исполнения режущей части различают: цельные фрезы (фрезы целиком выполнены из быстрорежущей стали); фрезы с напаянными пластинками инструментального материала; фрезы с механическим креплением пластинок инструментального материала; фрезы сборные (инструментальный материал закреплен на отдельных резцах, вставленных в корпус фрезы). В зависимости от расположения зубьев различают: фрезы односторонние (зубья располагаются только на образующей): фрезы двусторонние (зубья располагаются на образующей и одном из торцов); фрезы трехсторонние (зубья располагаются на образующей и обоих торцах). В зависимости от формы главной режущей кромки различают: фрезы с прямолинейной режущей кромкой; фрезы с ломаной режущей кромкой (одноугловые и двухугловые); фасонные фрезы (фрезы выпуклые полукруглые и фрезы вогнутые полукруглые); специальные фрезы. Цилиндрические фрезы обычно используются в наборе из двух и более фрез для обработки ступенчатых поверхностей заготовок. Дисковые фрезы используются для обработки различных пазов и для отрезания материала. Концевые фрезы используются для обработки плоскостей, уступов, прямоугольных и призматических пазов; криволинейных поверхностей. К специальным фрезам относятся: концевые фрезы для получения Т-образных пазов; шпоночные фрезы для получения шпоночных пазов под призматическую или сегментную шпонку; модульные дисковые или концевые фрезы для нарезания зубчатых венцов по методу копирования; червячные фрезы для нарезания зубчатых венцов или шлиц методом обката; резьбовые фрезы.

Для установки, базирования и закрепления заготовок применяются универсальные приспособления (прихваты; угольники; призмы; машинные тиски). При обработке большой партии заготовок проектируются и изготавливаются специальные приспособления. Для периодического, точного поворота заготовки на заданный угол (деление заготовки) применяют механические или оптические делительные головки.

Резьбонарезание

Нарезание резьбы одна из распространенных операций в машиностроении. Наружные и внутренние резьбы наиболее просто выполнять на токарно-винторезном станке фасонными (резьбовыми) резцами. В крупносерийном производстве применяются специальные болторезные станки и нарезные головки, часто применяют накатку резьб роликами. Точные и мелкие резьбы нарезают профильными шлифовальными кругами. Резьбы с большими шагами нарезают резьбофрезерованием. Часто наружные резьбы нарезают плашками, а внутренние - метчиками.

Резьбовые резцы имеют профиль, соответствующий профилю нарезаемой резьбы. Скорость движения продольной подачи должна быть равна шагу резьбы. Нарезание резьбы производится за несколько рабочих ходов. Чаще всего резец устанавливают перпендикулярно оси центров станка и оба его лезвия режут одновременно и снимают симметричные стружки. Для уменьшения числа черновых ходов, резец устанавливают под углом 60^о к оси центров. В этом случае работает только одно лезвие, можно снимать более толстые стружки. Для повышения производительности нарезания наружных резьб применяют охватывающие головки, «вихревое резание».

Наружные резьбы часто нарезают плашками. Плашка представляет собой гайку, в которой с помощью отверстий образованы режущие зубья. В сущности, плашка представляет собой протяжку с режущими зубьями, расположенными по винтовой поверхности. Внутренние резьбы часто нарезают метчиком. Он представляет собой винт, снабженный одной или несколькими продольными канавками, образующими режущие кромки и передние поверхности на его зубьях. В сущности, метчик, как и плашка, представляет собой протяжку с режущими зубьями, расположенными по винтовой поверхности.

6.2 АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН, ШЛИФОВАНИЕ

Абразивная обработка (АО) - процесс обработки заготовок резанием абразивным инструментом. Абразивные зерна расположены в режущем инструменте беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При придании инструменту движения резания, в зоне его контакта с обрабатываемой поверхностью часть зерен срезает материал заготовки. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов воздействия абразивных зерен. Поэтому иногда АО определяют как управляемый износ заготовки. В зависимости от качества обработанной поверхности различают: шлифование и отделочную обработку.

Шлифование это чистовая операция, позволяющая получить обработанную поверхность с размерной точностью по 5…7 квалитету и шероховатостью R_Z 0,3…2,4 мкм. Скорость резания при АО лежит в пределах 30…100 м/с, поэтому АО - высокопроизводительный процесс. АО позволяет производить чистовую обработку заготовок из различных материалов, имеющих различную твердость (для заготовок из закаленных сталей - это основной способ обработки).

Абразивный инструмент, в отличие от другого многозубого лезвийного инструмента, имеет множество режущих лезвий, расположенных хаотично. Единичное зерно шлифовального круга может: располагаться на некотором расстоянии от обрабатываемой поверхности; скользить по обработанной поверхности (скользящие зерна); проникать в обработанную поверхность на небольшую глубину и только пластически деформировать материал заготовки (деформирующие зерна); проникать в обработанную поверхность на глубину, достаточную для снятия стружки (режущие зерна).

В процессе шлифования режущие свойства круга изменяются. Абразивные зерна затупляются, частично раскалываются, выкрашиваются, поры между зернами забиваются отходами шлифования. Поверхность круга теряет свою первоначальную форму. Возрастает сила и температура резания. Точность обработки снижается, увеличивается вероятность прижогов. Однако при выламывании затупившихся зерен на поверхности круга обнажаются новые, незатупившиеся зерна, т.е. круг частично самозатачивается. В этом смысле очень важна роль связки (вещества, закрепляющие зерна). При слабом закреплении зерен они быстрее выламываются, круг лучше самозатачивается, что удобно при черновом шлифовании, но рабочая поверхность круга быстро теряет свою форму. При чрезмерном закреплении зерен, круг быстро теряет свои режущие свойства, но рабочая поверхность хорошо сохраняется, что удобно при чистовом шлифовании. Для восстановления геометрии круга и его режущих свойств, проводят правку круга. Алмазным или абразивным инструментом снимают часть рабочей поверхности круга. Толщина удаляемого слоя обычно не превышает 0,01…0,03 мм.

Круглым наружным шлифованием обрабатывают наружную цилиндрическую поверхность валов, колец и втулок.

Плоским шлифованием обрабатывают наружные плоские поверхности заготовок. Шлифование выполняется периферией или торцом круга.

6.3 ОТДЕЛОЧНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Отделочная обработка (финишные операции) позволяет получить обработанную поверхность с размерной точностью по 4…5 квалитету и шероховатостью R_Z менее 0,3 мкм. В зависимости от вида и объекта приложения, различают отделочные операции: прецизионную обработку; тонкое шлифование, хонингование, супер- и микрофиниширование, доводку (притирку), полирование, виброабразивную и магнитно-абразивную обработку.

Прецизионная обработка (тонкое точение и растачивание, алмазное точение, тонкое фрезерование) позволяет получить: шероховатость поверхности - Rа 0,02…0,63 мкм; точность по 5…9 квалитету и характеризуется высокими скоростями резания (1,5…15 м/с), малыми подачами (0,01…0,15 мм/об) малой глубиной резания (0,05…0,3 мм) при высокой виброустойчивости технологической системы.

Тонкое шлифование производят мягкими мелкозернистыми шлифовальными кругами на больших скоростях резания (от 35 м/с). Процесс характеризуется снятием малых припусков (0,04…0,08 мм на сторону); малыми подачами (0,005 …0,1 мм/об), частой правкой круга. Перед окончанием обработки шлифовальный круг работает без подачи (выхаживание). Процесс осуществляется на станках высокой и особо высокой точности, обеспечивающих плавность хода всех механизмов.

Хонингование - отделочный метод обработки внутренних поверхностей абразивными брусками. Хонингование применяется для повышения точности формы, размера и снижения шероховатости отверстий, а также создания специфического микропрофиля обработанной поверхности в условиях серийного и массового производства после операций растачивания, развертывания, протягивания и шлифования. Обработку производят с помощью абразивных или алмазных брусков, закрепленных в хонинговальной головке (хоне).

Суперфиниширование - отделочный метод обработки наружных поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими колебательные движения с амплитудой 2…5 мм и частотой до 2000 двойных ходов в минуту. Суперфиниширование применяют для отделочной обработки трущихся поверхностей, когда необходимо повысить их эксплуатационные свойства. Это достигается благодаря обеспечению: малой шероховатости (Ra 0,05…0,6 мкм); уменьшению погрешностей формы до 0,3 мкм; нанесению на поверхность оптимального микрогеометрического рисунка; сглаживанию верхушек микронеровностей (увеличение площади фактической опорной поверхности). К преимуществам суперфиниширования можно отнести: простоту применяемого оборудования; возможность использования универсальных токарных или шлифовальных станков и головок - вибраторов, высокую производительность и простую автоматизацию процесса. Сущность процесса состоит в микрорезании обрабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчайших абразивных зерен (до 10000 зерен/мм²). При этом снимаются тончайшие стружки (до 0,01 мм), одновременно скорость съема металла достигает 1…2 мкм/с. Большинство зерен не режет, а пластически деформирует металл, при этом сглаживаются микронеровности и поверхность получает зеркальный блеск.

Доводка (притирка) - отделочная операция, при которой съем металла с обрабатываемой поверхности производится абразивными зернами, свободно распределенными в пасте или суспензии, нанесенной на поверхность притира. Операция выполняется на малых скоростях и при переменном направлении рабочего движения притира. Эта наиболее трудоемкая отделочная операция позволяет получить шероховатость обработанной поверхности Rz 0,01…0,05 мкм, отклонения формы - 0,05…0,3 мкм. Различают доводку: ручную, полумеханическую и механическую. Ручная доводка применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при обработке деталей сложной формы. Точность и качество обработки зависят от квалификации рабочего. Высококвалифицированный специалист обеспечивает точность формы в пределах от 0,5 до 2 мкм.

Полирование - это заключительная операция механической обработки заготовки, выполняемая с целью уменьшения шероховатости поверхности и придания ей зеркального блеска. Полирование обеспечивает шероховатость поверхности Ra 0,16…0,02 мкм; Rz 0,1…0.05 мкм. Эта отделочная операция осуществляется механическими, химическими, электромеханическими и другими методами. Различают: полирование кругами; полирование лентами; абразивно-жидкостную обработку; виброабразивную обработку и магнитно-абразивную обработку.

Размещено на Allbest.ru