Специальные способы литья Литье в металлические формы

---

При литье в металлические формы (кокили) резко увеличивает­ся производительность труда, снижается брак, возрастает механи­ческая прочность отливок, улучшается их поверхность, умень­шаются припуски на механическую обработку. Литьё металлов в кокиль — наиболее качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Кокили изготовляют из чугуна или стали и собирают обычно из нескольких частей. Для увеличения стойкости на внутреннюю поверхность металлической формы, предварительно подогретой до 200—250°С, наносят огнеупорную обмазку.

Рис. 83.Схема литья в кокиль:

1-стержень; 2-кокиль; 3-деталь.

Центробежное литье

Методом центробежного литья лучше всего получать отливки, имеющие форму тел вращения. При этом литье жидкий металл по­ступает во внутреннюю полость быстро вращающейся металличе­ской формы, а затем под действием центробежных сил отбрасы­вается к ее стенкам и затвердевает в виде пустотелой отливки.

Для вращения форм применяют центробежные машины с вер­тикальной или горизонтальной осью вращения. Детали неболь­шой длины, например бронзовые втулки, червячные шестерни, обычно отливают на машинах с вертикальной осью вращения. Детали большой длины, например чугунные водопроводные и кана­лизационные трубы, стальные стволы орудий и другие, отливают на центробежных машинах с горизонтальной осью вращения.

Рис. 84. Схема получения отливок способом центробежного литья на машинах с вертикальной (а) и горизонтальной (б) осями вращения: 1-ковш; 2-желоб; 3-форма; 4-отливка; 5-шпиндель.

Полученные отливки имеют более высокую плотность, отли­чаются мелкозернистой структурой и высокой прочностью. От­сутствие литников и выпоров, малые припуски на механическую обработку, небольшой брак и высокая производитель­ность — преимущества цент­робежного способа литья.

Применяют центробежные машины нескольких типов, конструкция которых опре­деляется размерами отливок и их назначением.

Литье под давлением

Литье под давлением позволяет получить очень точные и вме­сте с тем сложные по конфигурации отливки. Сущность процесса заключается в том, что расплавленный металл выдавливается в стальные формы под некоторым давлением.

В настоящее время под давлением отливают детали из цин­ковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов.

Пресс-форма (рис.85, а) состоит из неподвижной матрицы 1 и подвижной матрицы 3. для образования полостей и отверстий в отливке используются только металлические стержни, которые находятся обычно в подвижной полуформе, как, например, стер­жень 2. Пресс-форма имеет каналы 6 для водяного охлаждения. Для извлечения отливки из формы предусматриваются толкатели 5, закрепленные на плите толкателей 4.

Пресс-форму монтируют на машине, механизмы которой закры­вают и запирают пресс-формы под высоким давлением во избежание прорыва металла по плоскости разъема, запрессовывают жидкий металл, раскрывают пресс-формы и выталкивают отливки

Рис. 85. Схема литья под давлением на машинах:

а — с холодной горизонтальной камерой; б — с холодной вертикальной камерой; в — с горячей вертикальной камерой

.

Машины для литья под давлением делятся на поршневые и компрессорные. Наибольшее распространение получили поршневые машины с холодной и горячей камерой прессования.

Поршневые машины с холодной камерой прессования подразде­ляются на машины с горизонтальной (рис. 85, а) и вертикальной (рис. 85, б) камерой.

Перед заливкой пресс-форму подогревают и наносят смазку на ее рабочие поверхности, камеры прессования 7 и пресс-поршня 8 (рис. 85, а). В камеру прессования (позиция 1) заливают мерную порцию сплава 9. Пресс-поршень 8 перекрывает заливочное отвер­стие, создает давление в камере прессования и сплав с большой скоростью заполняет полость формы 10. После затвердевания сплава пресс-форма раскрывается — отходит подвижная часть формы вместе с отливкой, плунжер возвращается в исходное поло­жение. Плита толкателей перемещается вместе с пресс-формой до упора 12 (позиция 11). При дальнейшем движении пресс-формы толкатели «снимают» отливку 11 со стержня 2 и она поступает в контейнер. Пресс-форму обдувают сжатым воздухом, смазывают, закрывают и процесс повторяется.

На машине с вертикальной камерой прессования 1 (рис. 85, б) плунжер 2 давит на залитый металл 3 и перемещает вниз пяту 4. При этом открывается отверстие 5 литника, металл заполняет форму, пята 4 поднимается, отрезает и выталкивает пресс-остаток металла.

Поршневые машины с холодной камерой прессования приме­няют для получения отливок из медных, алюминиевых, магниевых и других цветных сплавов, а также стальных отливок.

В отечественном литейном производстве все большее распростра­нение получают машины с горизонтальной камерой прессования. Они более производительны и проще в обслуживании.

Машины с горячей камерой прессования (рис. 85, в) имеют печь с тиглем 1, в котором образована камера прессования 2. При верх­нем положении плунжера 3 металл заполняет камеру через отвер­стия 4. При движении плунжера вниз он перекрывает эти отверстия, и сплав под давлением заполняет полость пресс-формы 5.

Такие машины имеют высокую производительность, так как не нужно производить операцию заливки сплава — металл сам. заливается в камеру при обратном ходе плунжера. Поэтому боль­шинство машин работает в автоматическом режиме. Производитель­ность может достигать до 3000 и более отливок в час. Машины с горячей камерой прессования используют в основном для ли­тья легкоплавких сплавов (цинковых, свинцово-сурьмянистых и др.).

Применение металлической формы и давления на заливаемый металл позволяет получить сложные отливки высокой точности, с чистой поверхностью и минимальными припусками на механиче­скую обработку. Благодаря давлению возможно получение отливок со стенками толщиной 1—1,5 мм. Прочность отливок выше, чем при литье в песчаные формы. Но пластические свойства отливок снижаются из-за образующейся пористости (при мгновенном запол­нении формы воздух и газы не успевают выходить).

Литье под давлением является наиболее прогрессивным и произ­водительным способам для получения отливок из цветных сплавов в массовом производстве.

Точное литье по выплавляемым моделям

Для получения отливок из специальных сталей и твердых спла­вов очень высокой точности (допуски ±0,05 мм) без последующей механической обработки их применяют метод точного литья по выплавляемым восковым моделям. Технологический процесс изготовления точного литья вклю­чает следующие операции: изготовление эталона изделия; изготовление по эталону сборной пресс-формы для отливки восковых мо­делей; отливка восковых моделей; изготовление литейной формы по восковой модели; выплавка воска и прокаливание формы; при­готовление жидкого металла и его заливка в формы; выбивка от­ливок, удаление литников и очистка отливок.

Эталон изделия обычно выполняют из легкоплавких сплавов, хорошо обрабатываемых на металлорежущих станках. Размеры эталона принимают с учетом усадки сплава. Сборную пресс-форму для отливки восковых моделей изготовляют также из легкоплав­кого металла, причем ее внутренняя полость точно воспроизводит очертание эталона. Пресс-форму заполняют расплавленным вос­ком, который после затвердевания образует восковую модель. Литниковые системы также изготовляют в пресс-формах из воска.

Восковую модель после выемки из пресс-формы соединяют с литниковой системой и покрывают особой краской. Затем восковую модель и литниковую систему обсыпают прокаленным кварцевым песком, который прилипает к поверхности и образует своеоб­разную кварцевую оболочку. После этого восковую модель про­сушивают в течение 5—6 ч на стеллаже и заформовывают в опоку, формовка может производиться машинным способом с примене­нием песчано-глинистой смеси (70% песка, 30% глины; влажность смеси до 15%).

После формовки опоку с восковой моделью просушивают на воздухе в течение 2—3 ч и для выплавки воска устанавливают на 2 ч в камеру сушила. При 100—120°С воск расплавляется и через отверстие в подоночной плите вытекает в противень. Выплавив весь воск, опоку переносят в сушильную печь, где ее сначала выдерживают при 150°С, а затем постепенно нагревают до 800— 900°С. После этого в форму заливают жидкий металл. Полученная отливка имеет хорошую поверхность и точно воспроизводит эта­лон изделия.

Литье по выплавляемым моделям – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании.

Рис.86. Технологические операции процесса литья по выплавляемым моделям: 1-пресс-форма; 2-модель; 3-модельные блоки; 4-емкость; 5-огнеупорная смесь.

Литье в оболочковые формы

В некоторых случаях получают точные отливки литьем в обо­лочковые формы. Сущность этого метода состоит в следующем.

Металлическую плиту, а также укрепленные на ней металличе­ские модели нагревают до 220—260°С и смазывают эмульсией, чтобы к ним не приставала формовочная смесь. На поверхность плиты и моделей насыпают формовочную смесь, состоящую из зерен кварцевого песка (90%) и термореактивной смолы (6%). При этом сначала в прилегающем к моделям слое формовочной смеси смола расплавляется, а затем затвердевает, образуя одно­родную песчаносмоляную оболочку толщиной 5—8 мм. Нерас-плавившуюся часть формовочной массы удаляют, а модельную плиту с образовавшейся на ней оболочкой загружают в печь, где ее выдерживают при 250—300°С в течение 1—3 мин.

Твердая оболочка, образовавшаяся на поверхности подмодельной металлической плиты, представляет собой полуформу. Ее снимают с подмодельной плиты и соединяют с другой полуформой зажимами или клеем. Готовую оболочковую форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему, которую изготовляют одновременно с оболочковой формой.

После заливки металлом и соответствующего охлаждения оболочковая форма разрушается, а находящаяся в ней готовая отливка освобождается от литников и прибыли.

Для изготовления оболочковых форм в настоящее время при­меняют полуавтоматические установки.

Способы обработки металлов давлением

Для получения заготовок в производстве деталей машин ме­таллы и сплавы обрабатывают давлением следующими способами: прокаткой, волочением, прессованием, ковкой и штамповкой.

Продольной прокаткой, волочением и прессованием получают заготовки постоянного поперечного сечения по длине, а попереч­ной и поперечно-винтовой прокаткой, ковкой и штамповкой полу­чают заготовки, имеющие форму и размеры, близкие к готовым деталям. Последние способы находят широкое применение для получения заготовок под обработку резанием на машиностроитель­ных заводах с крупносерийным и массовым производством.

Обработка давлением металлов и сплавов осуществляется путем воздействия инструментом на металл заготовки. Инструментами являются: при прокатке—валки, при волочении — матрица (волока), при прессовании — матрица, при объемной штамповке — верхняя и нижняя половинки штампа, при холодной штамповке — пуансон и матрица, при свободной ковке — верх­ний и нижний бойки.

Прокаткой называется процесс обжатия металла заго­товки между вращающимися валками прокатного стана (рис. 87, а). В результате сечение заготовки уменьшается, а ее длина увели­чивается. Прокаткой изготавливают профили круглой и квадрат­ной формы, рельсы, балки, полосы, листы и другие виды проката.

Рис. 87. Схемы основных способов обработки металлов давлением: а — прокатка; б — волочение; в — прессование; г — ковка; д — объемная штамповка; е — листовая штамповка; 1 — инструмент; 2 — заготовка

Волочением называют процесс протягивания прутка или проволоки через отверстие в волоке, размеры поперечного сечения которых становятся меньше, а длина — больше размеров исходной заготовки (рис. 87, б). Для получения тончайшей проволоки кали­брования прутков и труб используются волочильные станы.

Прессованием называют процесс выдавливания металла через отверстие матрицы (рис. 87, в), форма и размеры которой определяют форму и сечение прессуемого изделия.

Ковка заключается в обжатии металла заготовки между верхним и нижним бойками (рис 87, г) с применением разнообраз­ного подкладного инструмента. Ковкой получают поковки больших и малых размеров на молотах и прессах.

Штамповкой называют процесс деформирования металла в штампах. Штамповка может быть объемной и листовой.

Объемной штамповкой называется процесс деформирования пред­варительно нагретой заготовки в замкнутой полости штампа, форма и размеры которой определяют форму и размеры получаемой по­ковки (рис. 87, д). Объемная штамповка производится на молотах, прессах, горизонтально-ковочных и других машинах.

Листовой штамповкой называется процесс деформирования за­готовки из листа в холодном состоянии. Заготовка деформируется в штампе (рис. 87, е), имеющем матрицу с прижимным кольцом и пуансон. Холодная штамповка производится на специальных штамповочных прессах.

Понятие о процессе резания металлов

Изготовление деталей машин основано на использовании раз­личных технологических способов воздействия на обрабатывае­мую заготовку в целях придания ей заданной формы, размеров с определенной точностью и поверхностей с определенной шеро­ховатостью. Одним из способов воздействия на заготовку яв­ляется процесс резания, т. е. снятие слоя материала с помощью режущих инструментов на металлорежущих станках.

В процессе резания с обрабатываемой заготовки удаляется некоторая масса металла, специально оставленная на обработку и называется припуском. В ряде случаев припуск снимается с обрабатываемой поверхности за несколько проходов. После уда­ления с обрабатываемой заготовки всего припуска она превра­щается в готовую деталь.

Металл, удаляемый с обрабатываемой заготовки, подвергает­ся пластической и упругой деформации, приобретает характер­ную форму, т. е. превращается в стружку. При образовании стружки возникает ряд специфических явлений, а именно: де­формация динамической системы станка (станок — приспособление инструмент — деталь) , выделение тепла в зо­не резания, износ режущего инструмента и др.

Таким образом, все спо­собы и виды обработки ме­таллов, основанные на уда­лении припуска и превраще­ния его в стружку, опреде­ляются понятием резание металлов.

Процесс резания возмо­жен при наличии главных (основных) движений: реза­ния и подачи. При токарной обработке такими движения­ми являются: движение ре­зания — вращение заготов­ки, закрепленной в шпинделе станка (рис. 88, а, б); движение подачи — перемещение режущего инструмента в продольном или поперечном направ­лении

(рис. 88, а, б, в). При сверлении, зенкеровании, разверты­вании и нарезании резьбы движение подачи — это осевое пе­ремещение инструмента, закрепленного в пиноли задней бабки (рис. 88, г).

Рис. 88. Главные движения детали и ин­струмента при обработке на токарном станке (стрелками показаны направления скорости V резания и подачи S)

Общие сведения о металлорежущих станках.

Металлорежущие станки обеспечивают изготовление деталей разнообразной формы, с высокой точностью размеров и задан­ной шероховатостью поверхности. Металлорежущие станки клас­сифицируются по следующим признакам.

По степени специализации: 1—универсальные, применяемые для обработки деталей широкой номенклатуры; 2 — специализи­рованные, предназначенные для обработки однотипных деталей, сходных по конфигурации, но имеющие различные размеры; 3 — специальные, применяемые для обработки деталей одного типо­размера. Специализированные и специальные станки используют в крупносерийном и массовом производстве, а универсальные — в единичном и мелкосерийном производстве.

По точности: нормальной точности — класс Н; повышенной точности — класс П; высокой точности — класс В; особо высокой точности — класс А; прецизионные — класс С.

По массе: легкие — до 1 т, средние — до 10 т, тяжелые — свы­ше 10 т. Тяжелые станки в свою очередь делятся на крупные (от 10 до 30 т), тяжелые (от 30 до 100 т) и особо тяжелые (более 100 т).

Обозначение модели серийно выпускаемых станков состоит из сочетания трех или четырех цифр, иногда с добавлением букв. Первая цифра обозначает номер группы по классификационной таблице, вторая указывает тип станка. Третья, а иногда и чет­вертая цифра характеризуют параметры станка, которые раз­личны для разных групп станков. Буквы указывают на мо­дернизацию или модификацию основной базовой модели станка.

Типы и конструкции токарных станков.

Токарные станки делятся на универсальные и специализи­рованные. Первые предназначены для выполнения разнообраз­ных операций: обработки резцами наружных и внутренних ци­линдрических поверхностей, конических и фасонных поверхнос­тей, торцовых плоскостей, нарезания наружных и внутренних резьб, отрезки, сверления, зенкерования и развертывания от­верстий.

Специализированные станки используются для обработки оп­ределенных деталей, например гладких и ступенчатых валов, различного вида труб, муфт и т. п.

Из универсальных станков наиболее широкое распростране­ние получили токарно-винторезные и токарные станки. Послед­ние предназначены для выполнения всех токарных работ, за ис­ключением нарезания резьбы резцами.

Рис. 89. Основные сборочные единицы токарно-винторезного станка мод. 16К.20: 1 — передняя тумба станины, 2— рукоятка поперечной подачи, 3 — фартук, 4 — салазки продольного суппорта (каретка), 5 — рейка, 6 — ходовой вал, 7— ходовой винт, 8— корыто станка, 9 — задний кронштейн, 10 — задняя тумба станины, 11 — плита задней бабки, 12 — направляющие станины, 13 — задняя бабка, 14 — поперечный суппорт, 15 — направляющие поперечного суппорта, 16 — кран охлаждения, 17 — резцедержатель, 18 — верхний суппорт, 19 — шпиндель, 20 — нониус, 21 — передняя бабка (коробка скоростей), 22—гитара, 23—коробка подач

Основной параметр токарных станков — высота центров над станиной. Другим основным параметром токарных станков яв­ляется наибольшее расстояние между центрами, которое опре­деляет наибольшую длину обрабатываемой детали, причем это расстояние у одних и тех же станков может быть разным. Так, у станков с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 500 мм расстояние между центрами может быть 700, 1000, 1400 и 2000 м. Токарные станки характеризуются также наибольшей частотой вращения шпинделя, наибольшим диаметром прутка, проходящего через отверстие шпинделя, размером центра шпин­деля и мощностью электродвигателя главного привода станка.

Основными узлами токарных и токарно-винторезных станков являются: станина; коробка скоростей или передняя бабка; гитара; задняя бабка; каретка или продольный суппорт; по­перечный суппорт; поворотный суппорт; фартук; коробка подач (рис. 89).

Виды токарной обработки.

Наиболее распространенным видом обработки наружных по­верхностей тел вращения на токарных станках является обта­чивание заготовки при продольном перемещении режущего ин­струмента (продольное точение, рис. 90, а).

Фасонное обтачивание, т. е. обработка поверхностей слож­ной конфигурации (сферических, конических, бочкообразных и др.) осуществляют: одновременным перемещением режущего ин­струмента в продольном и поперечном направлениях; с помощью фасонных резцов с поперечной подачей (рис. 90,6); по копиру с использованием гидрофицированного суппорта в крупносерий­ном производстве.

Конические поверхности можно обработать

следующими способами: поворотом верхних салазок суппорта на угол, равный половине угла при вершине конуса; смещением центра задней бабки; с помощью копировально-конусной ли­нейки.

Нарезание резьбы метрической, дюймовой и др., одно- и многозаходной) на токарных станках производится резцом (рис. 90,в).

При обработке ступенчатых валов необходимыми являются операции прорезки канавок и отрезки заготовки (рис. 90,г).

Рис. 90. Основные сборочные единицы токарно-винторезного станка мод. 16К.20: 1 — передняя тумба станины, 2— рукоятка поперечной подачи, 3 — фартук, 4 — салазки продольного суппорта (каретка), 5 — рейка, 6 — ходовой вал, 7— ходовой винт, 8 — корыто станка, 9 — задний кронштейн, 10 — задняя тумба станины, 11 — плита задней бабки, 12 — направляющие станины, 13 — задняя бабка, 14 — поперечный суппорт, 15 — направляющие поперечного суппорта, 16 — кран охлаждения, 17 — резцедержатель, 18 — верхний суппорт, 19 — шпиндель, 20 — нониус, 21 — передняя бабка (коробка скоростей), 22 —гитара, 23 — коробка подач

На токарных станках также осуществляют следующие виды обработки отверстий: растачивание (расточными резцами); наре­зание внутренней резьбы (резцами и метчиками); сверление, зенкерование и развертывание (рис. 90,(д и е). Для крепления сверл, метчиков, зенкеров и разверток используют заднюю бабку станка.

На токарных станках производят также отделочную обработ­ку поверхностей путем их накатывания с помощью специальных роликов.

Элементы режимов резания при точении.

При обработке заготовки на токарном станке необходимы движения формообразования, т. е. обрабатываемая заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные дви­жения. Эти движения подразделяются на основные, служащие для осуществления процесса резания, и вспомогательные, не участвующие непосредственно в процессе резания. Основными являются движения резания (вращение шпинделя станка с закрепленной на нем заготовкой) и подачи (продольное или по­перечное перемещение режущего инструмента, жестко закреп­ленного в резцедержателе станка). Процесс обработки на то­карном станке определяется режимом резания.

Глубина резания t, мм, — толщина стружки, срезаемой за

один проход, измерен­ная в направлении, пер­пендикулярном обраба­тываемой поверхности (рис. 91, а).. При наружном про­дольном точении

где D — диаметр заго­товки, мм; d — диа­метр обработанной по­верхности, мм.

Рис.91.Элементы режима резания при точении

Скорость резания v, м/мин — перемещение в единицу времени про­извольной точки, взя­той на активной части

главной режущей кромки, относительно обрабатываемой поверх­ности заготовки. Так как обрабатываемая поверхность имеет различные диаметры, то скорость резания в различных точках активной части главной режущей кромки является величиной переменной (рис. 91, б). Максимальная скорость

где D — наибольший диаметр, обрабатываемой поверхности, мм; n — частота вращения шпинделя, об/мин.

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания. При подрезке торца, когда резец движется от периферии заготовки к центру, скорость резания переменна и равна нулю в центре заготовки.

Подача — перемещение режущей кромки инструмента относи­тельно обработанной поверхности заготовки в единицу времени. При токарной обработке различают оборотную подачу S₀, мм/об, т. е. перемещение режущей кромки инструмента за один оборот заготовки и минутную подачу S, мм/мин, т. е. перемещение за 1 мин. При этом S = S₀n.

Значения t, v и S, зависящие от условий обработки, физико-механических характеристик материала заготовки, материала ре­жущей части инструмента, вида обработки и жесткости, приве­дены в справочной литературе.

Классификация и элементы токарных резцов.

По виду обработки токарные резцы делятся на про­ходные, подрезные, расточные, отрезные, прорезные, галтельные, резьбовые и фасонные (рис. 92). пользован проходной отогнутый резец. Расточный резец приме­няют для растачивания предварительно просверленных осевых отверстий, как сквозных (рис. 92, г), так и глухих. Отрезные и прорезные резцы (рис. 92, д) используют для прорезки канавок, а также для отрезания заготовок от прутка. Для протачивания закругленных канавок и переходных поверхностей используют галтельные резцы.

Резьбовыми резцами (рис. 92, е) нарезают наружную и внут­реннюю резьбу.

Фасонные резцы (рис. 92,ж) используют для получения фа­сонных поверхностей при продольном точении.

По направлению подачи резцы подразделяются на правые и левые. Правые резцы (при наложении на них сверху ладони правой руки, главная режущая кромка оказывается расположенной на стороне большого пальца) при обработке заготовки перемещаются справа налево, а левые — слева напра­во. По форме и расположению режущей части относительно державки резцы подразделяются на прямые и отогнутые (рис. 92, з).

Рис.92. Классификация токарных резцов (стрелками показано направление подачи S)

Токарный резец состоит из режущей части, которой он не­посредственно снимает стружку с обрабатываемой заготовки, и державки, с помощью которой он крепится в резцедержателе токарного станка. Режущая часть резца имеет ряд поверхностей и кромок, а также углов, необходимых для создания условий резания (рис. 93).

Поверхности токарного резца: передняя I—поверхность, по которой сходит стружка; главная задняя II — поверхность, кото­рая обращена к обрабатываемой поверхности заготовки; вспомо­гательная задняя III — поверхность, которая обращена к обра­ботанной поверхности заготовки.

Рис. 93. Геометрические элементы токарных резцов

При пересечении передней поверхности с главной и вспомо­гательной задними поверхностями образуются кромки токарного резца.

Главная режущая кромка 1, образованная пересечением пе­редней поверхности и главной задней поверхности, выполняет основную работу при резании и состоит из активной и пассив­ной частей.

Вспомогательная режущая кромка 2 образована пересечени­ем передней поверхности с вспомогательной задней поверхностью (у прорезных и отрезных резцов вспомогательных режущих кромок две).

Точка пересечения передней поверхности, главной задней и вспомогательной задней поверхностей образует вершину 3 резца (у прорезных и отрезных резцов две вершины).

Режущая часть резца имеет форму клина, заточенного под определенными углами. Для определения углов резца устанав­ливают исходную плоскость — плоскость резания, проходящую через главную режущую кромку и касательную к обрабатывае­мой поверхности заготовки.

К главным углам резца, измеряемым в главной секущей плоскости, т. е. в плоскости, перпендикулярной к главной ре­жущей кромке, относятся: передний угол γ; главный задний угол α; угол δ резания и угол β заострения.

Общие сведения о фрезеровании.

Фрезерование — процесс механической обработки, при кото­ром режущий инструмент — фреза — совершает вращательное движение (со скоростью резания v), а обрабатываемая заготов­ка— поступательное (со скоростью подачи s). При фрезерова­нии образуется прерывистая стружка переменного сечения. Ре­жущие зубья могут располагаться на цилиндрической и на тор­цовой поверхности фрезы. Каждый зуб фрезы является простей­шим инструментом — резцом. Фрезы, как правило, — многозубыи инструмент.

Поверхности и режущие кромки зубьев цилиндрических фрез (рис. 94, а): 1 — передняя поверхность; 2—главная ре­жущая кромка; 3 — главная задняя поверхность; 4— вспомога- тельная задняя поверхность; 5 — спинка зуба; 6 — канавка. Главная режущая кромка цилиндрической фрезы (вспомогатель­ная режущая кромка у таких фрез отсутствует) может быть прямолинейной (по образующей цилиндра), наклонной к обра­зующей цилиндра и винтовой. У зубьев торцовых фрез разли­чают (рис. 94,6): главную режущую кромку 1, расположенную под углом φ к направлению подачи; вспомогательную режущую кромку 5, расположенную под углом φ₁ к направлению подачи; переходную режущую кромку 4, соединяющую кромки 1 и 5.

В зависимости от поверхности, по которой выполняется за­тачивание, зубья фрезы бывают затылованные (имеющие форму задней поверхности, которая обеспечивает постоянство профиля режущей кромки при повторном затачивании) (рис. 94, а) и незатылованные (остроконечные, затачиваемые по задней поверх­ности) (рис. 94, б).

Рис. 94. зуб фрезы: а – цилиндрический, б – торцевой

Элементы фрезы (рис. 94, а). Высота h — расстояние меж­ду режущей кромкой зуба и дном канавки, измеренное в радиаль­ном сечении фрезы перпендикулярно к ее оси; Щирина фаски 3 — расстояние от режущей кромки по линии пересечения задней поверхности зуба с его спинкой, измеренное в направлении, перпендикулярном к режущей кромке.

Окружной шаг зубьев — расстояние между одноимен­ными точками режущих кромок двух смежных зубьев, измерен­ное по дуге окружности с цент­ром на оси фрезы и в плоскос­ти, перпендикулярной к этой оси. Величина К затылования — понижение кривой затылования между режущими

кромками двух соседних зубьев (рис. 95, а) — выемка для отвода стружки, ограниченная передней поверхностью одного зуба и задней поверхностью и спинкой соседнего зуба.

Рис.95. Форма зуба фрезы

Канавка может быть прямой и винтовой: прямая направлена параллель­но оси фрезы; винтовая — по винтовой линии.

Правая винтовая канавка направлена по винтовой линии с подъемом слева направо, а левая — с подъемом справа налево.

Элементы режимов резания при фрезеровании. Скорость ре­зания, м/мин: v = πDn, где D — диаметр фрезы, мм; n — частота вращения фрезы, об/мин.

Подачи при фрезеровании: подача Sz на зуб, мм/зуб — вели­чина перемещения стола станка с обрабатываемой заготовкой или фрезы за время поворота ее на один зуб; оборотная подача S₀, мм/об, — величина перемещения стола с обрабатываемой за­готовкой или фрезы за один оборот фрезы (S₀ = S_zz, где z— число зубьев фрезы); минутная подача S_М, мм/мин, — величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за одну минуту (S_M = S₀n = S_zzn). Стойкость фрезы Т, мин, — вре­мя работы фрезы.

На фрезеруемой заготовке различают обрабатываемую по­верхность 2, поверхность резания 3 и обработанную поверхность 6 (см. рис. 94, б). Глубина t резания при фрезеровании, мм,— расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхнос­тями (см. рис. 94,6). Ширина фрезерования, мм, — это поверх­ность заготовки, обработанная за один рабочий ход.

Основные сведения о станках фрезерной группы и их классификация.

Фрезерные станки в единой системе классификации станков составляют шестую группу, поэтому обозначение (шифр) любого фрезерного станка начинается с цифры 6. Различают две основ­ные группы фрезерных станков: 1) общего назначения или уни­версальные (вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные, продольно-фезерные); 2) специализированные (шлицефрезерные, шпоночно-фрезерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные, резьбофрезерные и др.). По конструктивным особен­ностям эти станки подразделяются на консольные (стол распо­ложен на подъемном кронштейне — консоли), бесконсольные (стол перемещается на неподвижной станине в продольном и поперечном направлениях) и непрерывного действия (карусель­ные и барабанные).

Универсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (рис. 96, а) имеет горизонтальный шпиндель 2 и выдвижной хобот 1, на который устанавливают серьгу 3, поддерживающую оправку с фрезой. Консоль 4 перемещается по направляющей стойки 5. На консоли расположены салазки 6 и стол 7.

Широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный станок (рис. 96, 6) помимо горизонтального шпинделя имеет шпиндельную головку /, которая может поворачиваться на хо­боте в двух взаимно перпендикулярных направлениях, благодаря чему шпиндель с фрезой можно устанавливать под любым уг­лом к плоскости стола и к обрабатываемой заготовке. На го­ловке 1 монтируют накладую головку 2 для сверления, рассвер­ливания, зенкерования, растачивания и фрезерования.

Рис. 96. Фрезерные станки: а—универсальный консольный горизонтально-фрезерный, б – широкоуниверсальный консольный горизонтально-фрезерный, в — широкоуниверсальный бесконсольно-фрезерный, г — консольный верти­кально-фрезерный, д — бесконсольный вертикально-фрезерный, е – бесконсольный горизонтально-фрезерный, ж— продольно-фрезерный, з — карусельно-фрезерный, и — барабанно-фрезерный

Консольный вертикально-фрезерный станок (рис. 96, г) имеет вертикальный шпиндель 3, который размещен в поворотной шпиндельной головке 2, установленной на стойке 1. Бесконсоль­ные вертикально – и горизонтально-фрезерные станки (рис. 96, д и е), служащие для обработки крупногабаритных деталей, име­ют салазки 2 и стол 8, которые перемещаются по направляющим станины 1. Шпиндельная головка 5 перемещается по направляю­щим стойки 6. Шпиндель 4 имеет осевые перемещения при уста­новке фрезы.

Продольно-фрезерные станки (рис. 96, ж) предназначены для обработки крупногабаритных плоскостей. На станине 1 установ­лены две вертикальные стойки 6, соединенные поперечиной 7. На направляющих стоек смонтированы фрезерные головки 3 с горизонтальными шпинделями и траверса (поперечина) 4. На последней установлены фрезерные головки 5 с вертикальными шпинделями. Стол 2 перемещается по направляющим станины 1. Карусельно-фрезерные станки (рис. 96, з), предназначенные для обработки поверхностей торцовыми фрезами, имеют один или несколько шпинделей 3 для черновой и чистовой обработки. По направляющим стойки 1 перемещается шпиндельная головка 2. Стол 4, вращаясь непрерывно, сообщает установленным на нем заготовкам движение подачи. Стол с салазками 5 имеет устано­вочное перемещение по направляющим станины 6. Барабанно-фрезерные станки (рис. 96, и) используются в крупносерийном и массовом производстве. Заготовки устанавливают на вращаю­щемся барабане 2, имеющем движение подачи. Фрезерные го­ловки 3 (для черновой обработки) и 1 (для чистовой обработки) перемещаются по направляющим стоек 4.

Основные виды и схемы фрезерования.

При цилиндрическом фрезеровании ось фрезы параллельна обрабатываемой поверхности; работа осуществляется зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности фрезы. При торцовом фрезеровании ось фрезы перпендикулярна к обрабо­танной поверхности; в работе участвуют зубья, расположенные как на торцовой, так и на цилиндрической поверхности фрезы. Торцовое и цилиндрическое фрезерование можно выполнять дву­мя способами: встречным фрезерованием, когда направление по­дачи s противоположно направлению вращения фрезы (рис. 97, а), и попутным фрезерованием (рис. 97,6), когда направление подачи s совпадает с направлением вращения фрезы.

Рис. 97. Схемы встречного (а) и попутного (б) фрезерования

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб фрезы увели­чивается постепенно, резание начинается в точке 1 и заканчи­вается в точке 2 с наибольшей толщиной аmax срезаемого слоя (рис. 97, а).

При попутном фрезеровании зуб начинает резание со слоя наибольшей толщины, поэтому в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой наблюдается явление удара. При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина срезанного слоя возрастает плавно и, следова­тельно, нагрузка на станок возрастает постепенно. Попутное фрезерование следует выполнять на станках, имеющих достаточ­ную жесткость и виброустойчивость, и главным образом при отсутствии зазора

При обработке заготовок с черной поверхностью (по корке)
попутное фрезерование применять не следует, так как при вре­зании зуба фрезы в твердую корку происходит преждевременный износ и выход из строя фрезы. При фрезеровании за­готовок с предварительно
обработанными поверхнос­тями попутное фрезерование
предпочтительнее встречно­го, что объясняется следую­щим. При попутном фрезе­ровании заготовка прижи­мается к столу, а стол к направляющим, благодаря чему повышается жесткость инструмента и качество обработанной поверхности. При встреч­ном же фрезеровании фреза стремится оторвать заготовку от поверхности стола.

Как при попутном, так и при встречном фрезеровании мож­но работать при движении стола в обоих направлениях, что позволяет выполнять черновое и чистовое фрезерование за одну операцию.

Для фрезерования заготовку устанавливают и закрепляют на столе станка. В единичном и мелкосерийном производстве для этого применяют универсальные приспособления (машинные тис­ки, прижимные планки и т. д.), а в серийном и массовом — специальные приспособления. На рис. 98 показаны схемы фрезерования поверхностей на универсальных фрезерных станках.

При фрезеровании на горизонтально-фрезерных станках, как правило, используют продольную Sпр и реже поперечную Sп и вертикальную S_B подачи. На вертикально-фрезерных станках ис­пользуют продольную и поперечную подачи в зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности, а вертикальную подачу практически не используют. Вертикаль­ные поверхности на горизонтально-фрезерных станках (рис. 98, а) обрабатывают торцовыми насадными фрезами или фрезерными головками, а на вертикально-фрезерных (рис. 98, г) — концевыми фрезами.

Горизонтальные поверхности обрабатывают цилиндрическими фрезами на горизонтально-фрезерных станках (рис. 98,6) и торцовыми насадными фрезами на вертикально-фрезерных стан­ках (рис. 98, в).

Узкие наклонные поверхности на горизонтально-фрезерных станках получают угловой фрезой (рис. 98, д). Широкие на­клонные поверхности удобнее обрабатывать на вертикально-фре­зерных станках с поворотной шпиндельной головкой (рис. 98, е) торцовой насадкой или концевой фрезами. Уступы и прямоуголь­ные пазы на горизонтально-фрезерных станках обрабатывают соответственно дисковыми двухсторонними (рис. 98, ж) и трех­сторонними (рис. 98,е), а на вертикально-фрезерных станках — концевыми (рис. 98, з, к) фрезами. Фасонные поверхности об­рабатывают фасонными фрезами (рис. 98, л). Пазы типа «лас­точкин хвост» и «Т-образные» обрабатывают на вертикально-фрезерных станках: сначала фрезеруют прямоугольный паз кон­цевой фрезой, а затем концевой угловой (рис. 98, м) или Т-образной фрезой (рис. 98, р).

На горизонтально-фрезерных станках шпоночные пазы обра­батывают дисковыми фрезами (рис. 98, о), а на вертикально-фрезерных— концевыми или шпоночными фрезами (рис. 98, n). Одновременную обработку нескольких поверхностей выполняют набором фрез (рис. 98, и).

Рис. 98. Схемы фрезерования поверхностей.

Рис. 99. Схемы фрезерования:

а — на продольно-фрезерном станке, б -на карусельно-фрезерном станке; 1— стол, 2—заготовка, 3 — фреза, 4 — фрезерная головка; I — зона загрузки, II — зона обработки; в — на барабанно-фрезерном станке; 1 — барабан, 2, 3. 4, 5—фрезы, 6 — заготовка

На продольно-фрезерных станках торцовыми и насадными фрезами обрабатывают вертикальные, горизонтальные, наклонные поверхности, уступы и пазы. Можно вести одновременную обработку нескольких поверхностей (рис. 99, а). Для обработки пазов используют соответствующие угловые и концевые фрезы. На карусельно-фрезерных станках обработку горизонтальных по­верхностей (в основном торцовыми насадными фрезами) ведут при непрерывном вращении стола (рис. 99,6). Одна фреза вы­полняет черновую обработку в размер А₁, вторая — окончатель­ную обработку в размер А₂. У барабанно-фрезерных станков стол-барабан имеет горизонтальную ось вращения; фрезы верх­них фрезерных головок выполняют предварительную обработку (рис. 99,в) в размер А₁, а фрезы нижних головок — оконча­тельную обработку в размер А₂. Вертикальные поверхности об­рабатывают торцовыми насадными фрезами со вставными ножа­ми, а сложные фасонные поверхности — на копировально-фрезерных станках.

Шлифование.

Обработку резанием, выполняе­мую множеством абразивных зерен, называют абразивной. Шлифовани­ем называют резание металлов аб­разивными кругами. Шлифоваль­ный круг 1 (рис. 100) —пористое тело, состоящее из большого числа абразивных зерен 3, скрепленных между собой связкой 5. Между связкой и зернами расположены поры 4. Зерна шлифовального круга образованы из материалов высокой твердости, которые на­зывают абразивными. На режущих поверх­ностях круга зерна расположены беспоря­дочно на некотором расстоянии друг от друга и выступают на различную высоту. Поэтому все зерна ра­ботают неодинаково. Число зерен достига­ет десятков и сотен тысяч. Круг 1, вра­щаясь вокруг своей оси при перемещении заготовки 2, снимает тонкий слой металла
(стружку) вершинами абразивных зерен.

Рис. 100. Схема плоского шлифования

Съем стружки огром­ным числом беспоря­дочно расположенных зерен приводит к ее сильному измельчению и большому расходу энергии. Шлифоваль­ные круги различают по виду абразивного материала, зернистос­ти, связке, твердости, структуре (строению), структуре (строению), форме и размерам. Шлифованием обрабатывают гладкие и сту­пенчатые валы, сложные коленчатые валы, шлицевальные валы, кольца и длинные трубы, зубчатые колеса, направляющие ста­нины, плоские поверхности и отверстия корпусных деталей и т. д.

Шлифование выполняют на шлифовальных станках различ­ного назначения. На рис. 101 показаны основные узлы шлифо­вального станка. Шлифовальный круг 1 устанавливают и закреп­ляют на шпинделе шлифовальной бабки 3, которая может пе­ремещаться относительно станины 6 в продольном или попе­речном направлении с помощью стола 5 или суппорта. Заго­товку 2 закрепляют в патроне 9 шпиндельной бабки 8 (рис. 101, б) или в центрах 10 шпиндельной бабки 8 и задней бабки 4 (рис. 101, а).

Круг и заготовка 2 приводятся в движения электрическими или гидравлическими приводами, управляемыми оператором по­средством пульта или панели 7.

Рис.101. Основные узлы круглошлифовального (а) и внутришлифовального (б) станка

Для осуществления шлифования необходимо, чтобы заготовка и шлифовальный круг имели определенные относительные движения без которых резание невозможно. При шлифовании главным движением резания является вращение инструмента (рис. 102), а движения подачи (они могут быть различными) сообщаются заготовке или инструменту. Различают шлифование периферией круга и торцом круга; в первом случае режущей частью является наружная поверхность круга, образующая ко­торой параллельна оси его вращения, а во втором случае — торец круга.

Рис.102. Схемы основных видов шлифования.

В зависимости от расположения и формы обрабатываемой поверхности заготовки 2 шлифование подразделяют на следую­щие виды: наружное (рис. 102, а, б, в), когда обрабатывается наружная поверхность заготовки; внутреннее (рис. 102, г), когда обрабатывается внутренняя поверхность заготовки; плос­кое (рис. 102, д,е), когда обрабатывается плоская поверхность; профильное, когда обрабатывается поверхность, образующая которой представляет собой кривую или ломаную линию.

Шлифование поверхности вращения называют круглым шли­фованием, сферической поверхности — сферошлифованием, бо­ковых поверхностей зубьев зубчатых колес — зубошлифованием, боковых сторон и впадин профиля резьбы — резьбошлифованием, шлицевых поверхностей — шлицешлифованием.

Различают также шлифование в центрах (если заготовку крепят в центрах) и в патроне (если заготовку крепят в патро­не). В машиностроении наиболее часто применяют круглое (наружное и внутреннее) и плоское шлифование.

Круглое наружное шлифование (рис. 102, а) осуществляют сочетанием следующих движений: вращение шлифовального кру­га 1 (главное движение Vк резания), вращение шлифуемой заготовки 2 вокруг своей оси (круговая подача Vз), прямоли­нейное возвратно-поступательное перемещение заготовки или шлифовального круга вдоль своей оси (продольная подача Sпр); поперечное перемещение шлифовального круга на заготовку (или наоборот) (поперечная подача Sn) или подача на глу­бину резания). При шлифовании с продольной подачей Sпp по­перечная подача Sп осуществляется периодически (в конце каж­дого двойного или одинарного хода стола станка). При круглом наружном шлифовани методом врезания (рис. 102, б) высота круга равна или больше длины шлифуемой заготовки, поэтому нет необходимости в продольной подаче, а поперечная подача производится непрерывно в течение обработки. При бесцентро­вом наружном шлифовании (рис. 102, в) заготовку 2 устанав­ливают на опорном ноже между шлифующим рабочим 1 и подающим (ведущим) 4 кругами. Вращением круга 4 заготовке 2 сообщается вращение (Vз) и подача Sпp, для получения по­следней круг 4 устанавливают под небольшим углом α к оси круга1.

Круглое внутреннее шлифование осуществляют продольной подачей Snp шлифовального круга (или заготовки) и врезанием. Для круглого внутреннего шлифования с продольной подачей (рис. 102, г) необходимы те же движения, что и при круглом наружном шлифовании. Применяют внутреннее врезное и внут­реннее бесцентровое шлифование; в последнем случае заготовку не закрепляют.

Плоское шлифование осуществляют периферией (рис. 102, д) и торцом (рис. 102, е) круга.

Скорость резания при шлифовании превосходит скорость резания при лезвийной обработке и составляет 25—35 м/с (обычное шлифование), 35—60 м/с (скоростное шлифование) и свыше 60 м/с (высокоскоростное шлифование). При шлифо­вании скорость резания значительно превосходит скорость по­дачи.

Режимы обработки при шлифовании.

Элементами режима круглого наружного шлифования явля­ются следующие. Окружная скорость, м/с, шлифовального кру­га Vк = (πDn)/(60-1000), где D — диаметр круга, мм; n — частота вращения круга, об/мин. Окружная скорость, м/мин, заготовки Vз = (πdn_з)/1000, где d — диаметр заготовки, мм; n_з — частота вращения заготовки, об/мин. Глубина шлифования (резания) — поперечное перемещение шлифовального круга перпендикуляр­но к обработанной поверхности за время одного продольного хода (глубина резания, т. е. толщина слоя металла, снимае­мого за один рабочий ход, составляет 0,005—0,015 мм при чистовом шлифовании и 0,01—0,025 мм при черновом шлифо­вании). Продольная подача—путь, пройденный заготовкой (или кругом) параллельно оси вращения круга за одну ми­нуту (мм/мин) или за один оборот шлифуемой заготовки (мм/об).

Электрофизические и электрохимические методы обработки

Электрофизические и электрохимические методы по сравнению с обычной обработкой резанием имеют ряд преимуществ. Они позволяют обрабатывать заготовки из материалов с высокими механическими свойствами (твердые сплавы, алмаз, кварц и др.), которые трудно или практически невозможно обрабатывать другими методами. Кроме этого, указанные методы дают возможность получать самые сложные поверхности, например отверстия с криволинейной осью, глухие отверстия фасонного профиля и т. д. К числу таких методов относят электроэрозионную, электрохимическую и анодно-механическую обработку металлов.

В основе электроэрозионной обработки металлов лежит процесс электроэрозии, т.е. разрушения поверхностей электродов при электрическом разряде между ними ( 56). Электроэрозионную обработку производят на специальных (электроискровых, электроимпульсных) станках .

Инструментом для обработки служит электрод, изготовленный из меди, латуни , бронзы, алюминия или некоторых других материалов. Он имеет форму, соответствующую форме требуемой поверхности обрабатываемой детали.

Заготовку помещают в ванну с жидкостью, не проводящей электрический ток. Инструмент и заготовку подключают в станке к источнику электрического тока. При сближении инструмента (катода) и заготовки (анода), когда искровой промежуток становится очень малым, между ними происходит электрический разряд. В результате температура на обрабатываемой поверхности заготовки мгновенно достигает 8000—10 000°С, что приводит к местному расплавлению, частичному испарению и взрыво-подобному выбросу микрочастиц с поверхности заготовок. Выброшенные частицы металла в жидкой среде затвердевают и оседают на дно ванны. При подаче электрода-инструмента искровые разряды многократно повторяются и, образуют в заготовке лунку, отображающую форму инструмента.

Электроэрозионную обработку широко применяют для получения различных отверстий, пазов, углублений при изготовлении штампов, пресс-форм, кокилей и т.д.

Электрохимическая обработка заключается в том, что под воздействием электрического тока разрушаются поверхностные слои металла детали, помещенной в электролит. Частицы металла, лежащие на поверхности детали, растворяются в электролите, и деталь становится блестящей (электролитическое полирование), В том случае, если поверхности должны   быть   приданы   определенные размеры, применяют специальный инструмент для механического удаления разрушенной пленки металла.

Анодно-механическая обработка металлов построена на сочетании электроэрозионного и электрохимического процессов. Ее сущность заключается в следующем. Через обрабатываемую заготовку (анод) и вращающийся инструмент (катод) пропускается постоянный электрический ток. Анод и катод находятся в среде электролита. Электрический ток, проходя через электролит, разлагает его и растворяет поверхность заготовки (анода). На поверхности заготовки постоянно образуется не проводящая ток пленка. Вращающийся инструмент (катод) механически срывает эту пленку. При точечном срыве пленки и частичном пробивании’ ее на вершинах микронеровностей в местах контакта инструмента проходит ток большой плотности, под действием которого микронеровности оплавляются. Оплавляемые частицы металла удаляют вращающимся инструментом.

Анодно-механический способ обработки металлов применяют для затачивания пластинок из твердых сплавов и для резки очень твердых и вязких металлов.