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 = Szz, где z— число зубьев фрезы); минутная подача SМ, мм/мин, — величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за одну минуту (SM = S0n = Szzn). 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 SB 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 = (πdnз)/1000, где d — диаметр заготовки, мм; nз — 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.