Список используемой литературы 56
1. Токарная обработка детали: эскиз детали, какой станок, инструмент, режимы резания
1.1 Сущность токарной обработки
Токарная обработка является одной из разновидностей обработки металловрезанием. Она осуществляется срезанием с поверхностей заготовки определенного слоя металла (припуска) резцами, сверлами и другими режущими инструментами.
Вращение заготовки, посредством которого совершается процесс резания, называется главным движением, а поступательное перемещение инструмента, обеспечивающее непрерывность этого процесса,-- движением подачи (рис. 1). Благодаря определенному сочетанию этих движений на токарных станках можно обрабатывать цилиндрические, конические, фасонные, резьбовые и другие поверхности.
1.2 Токарный станок
Устройство станка.
Наиболее характерным типом рассматриваемых станков является токарновинторезный, предназначенный для выполнения всех токарных работ, включая нарезание резьбы резцами.
Станина -- жесткая чугунная отливка, на которой смонтированы все основные узлы станка. Сверху она имеет две пары направляющих, обеспечивающих прямолинейное перемещение суппорта и задней бабки в продольном направлении.
Передняя бабка -- пустотелая отливка, в которой размещается коробка скоростей и главный ведомый вал станка -- шпиндель. Бабка служит для установки обрабатываемой заготовки и сообщение ей вращения с предусмотренной частотой.
Задняя бабка - предназначена для поддержания свободного конца длинной заготовки, а также установки некоторых режущих инструментов (сверл, разверток и др.). Бабка состоит из трех основных частей: плиты, корпуса и пиноли с коническим отверстием на переднем конце. Для обтачивания конусов корпус может быть поперечно смещен относительно плиты и зафиксирован в требуемом положении.
Суппорт (рис. 4) служит для перемещения резца в продольном, поперечном или угловом направлениях относительно оси обрабатываемой заготовки. Состоит из пяти основных частей: трех салазок.
Рис. 2. Токарно-винторезный станок 1К62: А -- передняя бабка; Б -- суппорт; В -- задняя бабка; Г -- правая тумба; Д -- станина; Ё -- фартук; Ж -- левая тумба; 3 -- коробка подач; И -- гитара сменных колес (под кожухом) (продольных, поперечных и верхних), поворотной плиты и резцедержателя
Фартук прикреплен к продольным салазкам (каретке) суппорта. Размещенный в нем механизм предназначен для преобразования вращательного движения ходового винта 9 или ходового вала 10 (см. рис. 2) в поступательные перемещения суппорта. От ходового винта движение заимствуется только при нарезании резьбы резцами, для всех прочих работ передающим звеном служит ходовой вал.
Коробка подач предусмотрена для настройки станка на подачу или шаг нарезаемой резьбы.
Гитара сменных колес является дополнительным механизмом коробки подач. С ее помощью можно практически неограниченно расширять диапазон настроек станка на шаги нарезаемых резьбы.
Тумбы -- пустотелые чугунные отливки, применяемые в качестве опор станины. Внутреннее пространство тумб используется обычно для размещения электродвигателя и агрегата смазочно-охлаждающей системы.
Управление станком.
Несмотря на конструктивное различие моделей станков в их управлении применяются типовые решения, которые можно рассмотреть на примере станка 1К62 (см. рис. 2).
Подключение станка к электросети выполняется поворотом рукоятки пакетного переключателя 8 в положение «Сеть». Справа и слева от него расположены рукоятки выключателей местного освещения и смазочно-охлаждающей системы. Включение и остановка главного электродвигателя производятся с помощью кнопочной станции 13 (кнопка «Пуск» -- черного цвета, «Стоп» -- красного).
Включение и переключение вращения шпинделя осуществляется с дублированными рукоятками управления 1 и 11, имеющими три фиксированных положения соответственно для правого, левого вращения и остановки. Механические продольные и поперечные подачи суппорта включаются поворотом рукоятки 4 в необходимом направлении.
При нарезании резьбы резцами подача суппорта включается рукояткой маточной гайки 12.
Ручные перемещения суппорта во время работы и наладки станка выполняются вращением маховиков 2, 3 и 14 оснащенных отсчетными устройствами -- лимбами -- в виде градуированных колец.
Пиноль задней бабки перемещается поворотом маховика 7, а скрепляется рукояткой 5. Задняя бабка закрепляется на станине рычагом 6.
Рис. 3. Задняя бабка: поперечные салазки; 3 -- поворотная плита
Рис. 4. Суппорт: -- продольные салазки (каретка)
Ежедневный уход за токарным станком должен заключаться в следующем.
До начала работы:
1. Проверить общее состояние станка и надежность крепления всех частей.
2. Залить масло во все масленки ручной смазки, смазать ходовой винт и ходовой вал.
3. Проверить уровни масла по контрольным глазкам, при недостаточном количестве -- долить.
4. Проверить работу станка на холостом ходу и убедиться в исправности органов управления, системы принудительной смазки по струйному маслоуказателю, системы охлаждения.
5. О всех замеченных неисправностях доложить мастеру.
Во время работы:
1. Внимательно следить за работой станка; оберегать направляющие суппорта и станины от повреждений, не класть на них заготовки, детали, инструменты; не оставлять станок без присмотра; периодически проверять, не перегреваются ли подшипники подвижных узлов.
2. Применять правильные приемы работы: не переключать коробку скоростей и подач на ходу, не производить резкое переключение станка на обратный ход.
3. При точении чугуна и полировании деталей шлифовальными шкурками закрывать направляющие куском брезента.
4. При возникновении в станке необычного шума работу прекратить и выяснить или устранить его причину с помощью работников ремонтной службы.
По окончании работы:
1. Отключить станок от электросети.
2. Тщательно очистить от стружки.
3. Протереть ветошью, смоченной в керосине; смазать тонким слоем масла направляющие станины, суппорта, открытые поверхности шпинделя и пиноли задней бабки,
4. Сдать станок сменщику.
1.3 Инструмент
Измерительные инструменты применяются для определения размеров, формы и взаимного расположения отдельных поверхностей деталей как в процессе их изготовления, так и после окончательной обработки.
В единичном и мелкосерийном производстве используются универсальные измерительные инструменты -- штангенциркули, микрометры, нутромеры и др., а в крупносерийном и массовом -- предельные калибры.
По конструкции и принципу действия универсальные измерительные инструменты и приборы разделяются на меры длины, штангенинструменты, микрометрические инструменты и приборы.
Работа резца.
Резание металлов осуществляется инструментами, имеющими, как правило, форму клина. Это объясняется способностью клина создавать выигрыш в силе, необходимой для проникновения инструмента в обрабатываемый материал. Причем этот выигрыш возрастает по мере уменьшения угла заострения клина р
Рис. 5. Схемы действия клина (а) и резца (б) (рис. 5, а)
Однако режущая кромка более острого клина менее прочна. Учитывая это, для обработки более твердых материалов необходимо применять клин с несколько большим углом р, а для относительно мягких -- клин с меньшим углом заострения.
При резании приходится преодолевать не только силы сцепления частиц металла, но также силы внешнего трения, возникающие в местах контакта клина с обрабатываемым материалом. Силы трения можно уменьшить за счет расположения одной из поверхностей резца под некоторым углом, а к обработанной поверхности детали (рис. 5,6), что учитывается при создании его геометрической формы.
Работу резца при резании можно представить в виде следующего процесса. Внедряясь в обрабатываемый материал, резец сжимает срезаемый слой. При этом небольшой участок этого слоя, наиболее близко расположенный к резцу, деформируется. По мере сдавливания частицы деформируемого участка относительно сдвигаются до тех пор, пока внешняя сила Р не превзойдет силы их сцепления и не наступит скалывания элемента стружки, после чего повторяется аналогичный процесс.
Таким образом, образование металлической стружки можно представить в виде процесса последовательного скалывания ее элементов.
1.4 Режимы резания
При выборе режимов резания следует сочетать наиболее выгодные факторы, оказывающие влияние на производительность, точность и качество обработки.
При токарной обработке оптимальный режим обеспечивается правильным выбором глубины резания, подачи и скорости резания.
При черновой обработке на данном конкретном станке режим резания следует выбирать, исходя из наиболее полного использования мощности станка в режущих свойств инструмента.
Глубина резания.
Небольшое влияние глубины резания на стойкость инструмента и скорость резания позволяет при черновой обработке назначать возможно большую глубину резания я по возможности снимать весь припуск за один проход, оставляя в случае необходимости лишь припуск на получистовую и чистовую обработки. Получистовое, как и чистовое, точение обычно выполняется за один проход.
При чистовой обработке (до V5 класса чистоты) глубина резания назначается в зависимости от степени точности и чистоты поверхности в пределах от 0,5 до 1,5-2 мм. Обработка поверхностей по V6 и V7 классам чистоты достигается при глубине резания от 0,1 до 0,3-0,4 мм.
Подача.
Учитывая, что увеличение глубины резания ведет к возникновению вибраций, а увеличение подачи -- к уменьшению я прекращению их, следует назначать возможно большую подачу, допускаемую прочностью инструмента и технологическими факторами.
При чистовой обработке подачу выбирают, исходя из класса точности и класса чистоты поверхности.
Рекомендуемые подачи для чистовой обработки в зависимости от класса чистоты поверхности, радиуса при вершине резца r и вспомогательного угла в плане ?1 приведены в табл. Подачи эти не являются предельными и могут быть изменены в соответствии с конкретными условиями обработки.
Величины подач при точении конструкционных углеродистых и легированных сталей с пределом прочности при растяжении авр=70-90.

Класс чистоты (ГОСТ 2789 - 59)	Радиус при вершине Резца, мм	Скорость вращения, м/мин
		80	90	100	110	120	более 130
		Рекомендуемы* подачи 5. до/еб
	0,6	0.54--0,46	0,55--0.49	0.55--0,49	0,55-0,49	0.55--0,49	0,55--0,49
V4	1.0	0,05--0.87	0.65-0,57	0.65-0,67	0,65-0,67	0,65-0,57	0,65--0,57
	2,0	0.69--0,87	0,69-0,67	0.69-0,67	0,69-0,67	0,69-- 0,67	0,69--0,67
	0,0	0,29-0.23	0,31-0,26	0,34-049	0.36-0,32	0,39--0,34	0.41-0,37
V3	1,0	0,40-0.31	0.48-0,35	0,46-0,38	0,46--0,40	0,46-0.41	0,46--0,42
	2,0	0,52--0.44	0,53-0,47	0,44-0,48	0.64--0,48	0,34--0,48	9,54-0.48
	0.5	0,18--0,11	0,16-0,13	0,18-0,24	0,20-- 0,21	0,32--0,18	0,25-0,21
V6	1,0	ОД1--ОЛ6	0,22-027	ОД4-ОД9	0,25-"0,21	0,33-0.24	0,34-0,25
	2,0	0,38-0,21	0,30-0,33	0.32-Ю,25	0.35-ОД8	0,38-0,32	0.39-0,35

Скорость резания.
После выбора глубины резания и подачи по нормативам назначают скорость резания.
Выбранный режим резания должен соответствовать кинематическим и динамическим возможностям станка. Проверку режима резания следует производить по прочности механизма подачи и по эффективной мощности станка.
Необходимо выбрать режущий инструмент, назначить режимы резания и подсчитать машинное время обработки.
Пример выбора режимов резания.
На токарно-винторезном станке мод. 1К62 надо обработать вал из конструкционной углеродистой стали ?вр=75кГ/мм? Длина вала l = 400 мм, диаметр заготовки D=76 мм. Диаметр готовой детали должен составлять d=72Х5, а чистота обработанной поверхности V5.
1. Выбираем режущий инструмент. Для получистовой обработки детали берем резец проходной прямой правый, оснащенный пластинкой твердого сплава Т15К.6. Выбираем форму передней поверхности -- радиусную с отрицательной фаской; величины переднего и заднего углов: у=15° и а=8°; величины главного и вспомогательного углов в плане: ?=45° и ?1=10°; радиус при вершине г=1,5 мм, ширину фаски f = 0,4 мм и радиус канавки R=4 мм.
2. Определяем глубину резания: t = 76 - 72 = 2 мм.
3. Выбираем подачу. Из данных табл. находим 5 = 0,4-0,31 мм/об. Уточняем подачу по паспорту станка. Станок мод. 1К62 имеет в этом диапазоне следующие подачи: 0,30, 0,34, 0,39, 0,43 и т. д. Для нашего случая принимаем подачу 5 = 0,39 мм/об.
4. Стойкость резцов принимаем Т=90 мин.
5. Определяем скорость резания в зависимости от глубины резания, подачи и стойкости инструмента. При заданных условиях обработки по устанавливаем скорость резания о=171 м/мин. Поправочных коэффициентов не вводим, так как табличные данные соответствуют заданным условиям обработки.
6. По выбранной скорости резания и диаметру обрабатываемой детали находим число оборотов шпинделя:
1000 v 1000 171
n = ------------- -------------- =715 об/мин.
3,14 76
Уточняя число оборотов по паспорту станка принимаем n = 630 об/мин. Действительная скорость резания будет равна:
3,14 *76 * 630
V д = ---------------------- = 150,3 м/мин.
1000 * 1000
7. По выбранным глубине резания t и подаче S приблизительно находим силу резания: Рz =Ср·* t * S = 200-2-0,39 = 156 кГ.
8. Определяем момент сопротивления резанию:
D 76
Мp =Рz ------ = 1 56 ------- = 6004 кГмм, или 6,004 кГм.
2 2
9. Из паспорта станка выбираем наибольший крутящий момент на шпинделе Мшп =12,5 кГм. Сравнивая момент сопротивления резанию Мр с наибольшим допустимым крутящим моментом на шпинделе, видим, что мощность станка при выбранном числе оборотов вполне достаточна.
10. Определяем основное машинное время:
L l + y 400+ 3
To = ----------------- = ------------------- = 1,6 мин.
S *·n 0,39 *·630
где l -- длина обрабатываемой поверхности детали в направлении подачи, мм; у -- величина врезания и перебега инструмента, мм.
2. Фрезерная обработка металла: эскиз детали, какой станок, инструмент, режимы резания
2.1 Фрезерные станки
Основные движения при фрезеровании и разновидности станков. При выполнении фрезерных работ заготовке 3 (рис. 6) сообщается поступательное движение, а режущему инструменту -- 1, фрезе 2 -- вращение с определенной скоростью. Вращение фрезы, за счет которого совершается процесс резания, называется главным движением, а поступательное перемещение заготовки, обеспечивающее непрерывность этого процесса,-- движением подачи. Эти движения осуществляются с помощью фрезерных станков.
На предприятиях общего машиностроения наиболее распространены консольно-фрезерные станки. Их характерной особенностью является наличие консоли в виде подвижного кронштейна, предназначенного для сообщения обрабатываемой заготовке движения подачи в вертикальном направлении. В связи с невысокой жесткостью консоли технологические возможности таких станков ограничиваются массой обрабатываемых деталей до 250...300 кг.
В зависимости от расположения шпинделя (вала, сообщающего вращение фрезе) и некоторых других конструктивных особенностей, консольно-фрезерные станки делятся на горизонтальные, вертикальные, универсальные и широкоуниверсальные.
Устройство станков. Все консольно-фрезерные станки имеют типовое устройство и состоят из ряда характерных узлов, обозначенных буквами на рис. 7, рис. 6. Главное движение - 1; и движение подачи - 4 при фрезеровании. Основание А - служит опорой станков, а также используется в качестве резервуара для смазывающеохлаждающей жидкости. Станина Б - является базовым узлом станка, во внутренней полости которого размещены: коробка скоростей с пультом переключения 3, шпиндель 4, электродвигатель главного движения 2 и аппаратура электрооборудования (в боковых нишах, закрытых дверцами 1). По вертикальным направляющим 6 типа «ласточкин хвост» перемещается консоль, в верхнем направляющем пазу такой же формы подвижно установлен хобот.
Шпиндель (см. рис. 3) --жесткий пустотелый вал, на переднем конце которого устанавливаются и закрепляются фрезы. Конический участок 1 отверстия, имеющий стандартную конусность 7: 24 (разность диаметров конуса 7 мм на длине 24 мм), предназначен для установки фрез с помощью оправок или переходных втулок а цилиндр 3 служит для непосредственной установки крупногабаритных фрез. Поводки 2 предусмотрены для передачи крутящего момента от шпинделя к фрезе.
Хобот В - в станках с горизонтальным шпинделем предназначен для поддержания свободного конца фрезерной оправки серьгой 5, Его вылет из станины можно регулировать и фиксировать в необходимом положении.
Консоль Е -- чугунная отливка коробчатой формы, внутри которой размещены: электродвигатель привода подачи, коробка подач и механизм ее переключения. Вертикальным пазом типа «ласточкин хвост» она соединяется с направляющими станины; по горизонтальным - прямоугольным направляющим перемещаются салазки.
Салазки Д - являются промежуточным узлом между консолью и
столом станка. Нижним пазом салазки установлены на горизонтальных направляющих консоли и перемещаются по ним в попе
речном направлении, верхний паз типа «ласточкин хвост» служит
направляющей для стола.
Стол Г расположен на салазках и перемещается по ним в продольном направлении. На нем устанавливаются и закрепляются обрабатываемые заготовки (непосредственно или при помощи различных приспособлений). Для этой цели со стороны рабочей плоскости.
Рис. 7. Горизонтальный консольно-фрезерный станок мод. 6Р82Г: Л -- основание; Б -- станина; б -- хобот; Г -- стол; Д -- салазки; Е -- консоль, в нем предусмотрены продольные Т-образные пазы
С помощью консоли и салазок столу консольно-фрезерного станка можно сообщить движения подачи в трех взаимно перпендикулярных направлениях: продольном, поперечном и вертикальном.
Универсально-фрезерные станки отличаются от рассмотренного выше горизонтального тем, что стол у них может быть повернут в горизонтальной плоскости на угол до 45° в обе стороны. С этой целью салазки таких станков состоят из двух частей -- верхней и нижней. Верхняя часть снабжена круговой градусной шкалой для отсчета угла поворота и винтовыми зажимами для фиксации углового положения.
Рис. 8. Передний конец шпинделя фрезерного станка
Вертикально-фрезерные станки выпускаются в двух исполнениях: с неповоротным и поворотным шпинделем. В последнем случае (рис. 9) шпиндель 6, смонтированный с помощью выдвижной гильзы в поворотной шпиндельной головке 3, может быть повернут в вертикальной плоскости на угол до 45° в обе стороны. Гильза со шпинделем выдвигается маховичком 4 и зажимается рукояткой 5.
Широкоуниверсальные фрезерные станки (рис. 10) отличаются наличием двух шпинделей: горизонтального 5 и поворотного 4. Последний смонтирован при помощи поворотной шпиндельной головки 3 на выдвижном хоботе 2, внутри которого встроена самостоятельная коробка скоростей с электродвигателем 1. Конструкция шпиндельной головки позволяет устанавливать шпиндель под разными углами наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что значительно расширяет технологические возможности станка при обработке деталей сложной формы.
Рис. 9. Конструктивная особенность вертикального консольно-фрезерного станка мод. 6Р12
Рис. 10. Конструктивная особенность широкоуниверсального консольно-фрезерного станка мод. 6Р82Ш
2.2 Инструмент
Основным инструментом для фрезерной обработки служат фрезы, которые представляют собой многолезвийный инструмент в виде тела вращения, на образующей поверхности или на торце которого расположены режущие зубья.
Применяемые в производстве фрезы можно классифицировать по ряду признаков:
по назначению -- на фрезы общего назначения (цилиндрические, торцовые, концевые, отрезные, пазовые, дисковые двух- и трехсторонние, угловые) (рис. 11) и специализированные (резьбовые, зуборезные, фасонные, Т-образные и др.) -- для определенных видов работ.
Рис 11. Фрезы общего назначения: а-г - цилиндрические; б -- торцовые; в -- концевые; г -- отрезные; д -- пазовые; е и ж -- дисковые двух- и трехсторонние; з -- угловые по направлению зубьев -- на прямозубые и косозубые (винтовые); по форме зубьев -- на остроконечные и затылованные; по направлению резания -- на праворежущие и леворежущие; по конструкции -- на цельные и сборные; по способу установки на станке -- на насадные и хвостовые; по величине зубьев -- на мелкозубые и крупнозубые; по материалу режущей части -- на быстрорежущие и оснащенные твердым сплавом
Фрезы с винтовым расположением зубьев к осевой плоскости (см. рис. 8, а и в) обеспечивают плавное и равномерное фрезерование, так как они врезаются в металл не одновременно всей длиной зуба, а постепенно.
В практике работы на фрезерных станках наибольшее распространение получили фрезы с остроконечными зубьями, которые по форме спинки делятся на простые, с ломаной спинкой, с криволинейной спинкой и затачиваются в основном только по задним поверхностям.
Затылованная форма зуба отличается криволинейной задней поверхностью, выполненной по спирали Архимеда, и применяется для фасонных фрез с целью сохранения профиля режущей кромки при затачивании зубьев только по передним поверхностям. Направление резания свойственно только для торцовых, концевых и двухсторонних дисковых фрез, имеющих один торец.
Такие фрезы, в большинстве случаев выполняются праворежущими в процессе работы они вращаются по направлению хода часовой стрелки (если смотреть со стороны нерабочего торца или хвостовика фрезы).
Для экономии дорогостоящих инструментальных материалов цельными изготавливаются только фрезы небольшого диаметра.
В остальных случаях их выполняют спорными, состоящими из корпуса, в пазах которого различными способами крепятся ножи или резцы.
Насадные фрезы снабжены посадочными отверстиями стандартных диаметров, хвостовые имеют конический или цилиндрический хвостовик.
Крупнозубые фрезы предназначены главным, образом для чернового фрезерования, мелкозубые -- для чистового.
Фрезы из быстрорежущих сталей после термообработки способны сохранять режущие свойства при температуре до 600°С (873 К).
Наиболее часто их изготавливают из стали марки Р6М5, в обозначении которой первая цифра указывает среднее содержание вольфрама, вторая -- молибдена (в процентах).
Твердые сплавы в виде небольших пластинок припаиваются или механически крепятся к ножам, резцам или корпусу фрезы. Они выдерживают температуру нагрева до 1000°С (1273, имеют высокую твердость, не нуждаются в дополнительной термообработке и допускают скорости резания в 4…5 раз выше, чем для фрез из быстрорежущих сталей. Однако твердые сплавы обладают повышенной хрупкостью и склонны к образованию трещин при резких изменениях температуры, что следует учитывать при эксплуатации фрез, оснащенных ими.
При обработке чугуна и цветных металлов наиболее часто применяются фрезы, оснащенные пластинками из вольфрамовых сплавов марки ВК8, а для обработки сталей -- из титановольфрамовых, у которых компоненты и их содержание (кроме карбида вольфрама) обозначены буквами и цифрами. Например, сплав Т15К6 содержит 15% карбида титана, 6% кобальта и 79% карбида вольфрама.
2.3 Режим резания
Для обработки деталей фрезерный станок настраивают на определенный режим резания, который состоит из четырех элементов (рис. 12): ширины фрезерования В, глубины резания 1, подачи 5 и скорости резания v.
Шириной фрезерования считается ширина поверхности, обрабатываемой за один проход заготовки относительно фрезы (мм).
Глубиной резания называется толщина слоя металла, срезаемого за один проход заготовки относительно фрезы (мм). Для всех Видов фрезерных работ ширина фрезерования измеряется вдоль оси фрезы, а глубина резания -- в радиальном направлении за исключением обработки плоскостей торцовыми и концевыми фрезами, когда их ось перпендикулярна обрабатываемой поверхности.
Рис. 12. Элементы режима резания при фрезеровании
Подачей S называется путь, проходимый заготовкой относительно фрезы в единицу времени. Различают три вида подач: на зуб, на оборот и минутную.
Подача на зуб Sг -- это путь перемещения заготовки за время поворота фрезы на один зуб (мм /зуб).
Подачей на оборот So является путь перемещения заготовки за время поворота фрезы на один оборот (мм/об).
Минутной подачей Sм называют путь перемещения заготовки за одну минуту (мм/мин).
Зависимости указанных подач выражаются формулами:
Sо = Sz· Z
Sм = S0·n = Sz *·Z·* n
где z--число зубьев фрезы; n -- частота вращения фрезы в минуту, об/мин.
Скоростью резания v называется путь, проходимый наиболее удаленной от оси вращения точкой режущей кромки фрезы в минуту.
В технике скорость резания принято измерять в метрах в минуту (м/мин).
Формула для расчета скорости резания в данных условиях работы фрезы может быть выведена из следующих рассуждений.
За каждый оборот точка режущей кромки фрезы диаметром D (мм) совершит путь, равный длине окружности ?D (мм). За n оборотов в минуту этот путь будет равен ?Dn (мм/мин). Для перевода размерности скорости резания в метры в минуту полученное выражение делится на 1000. После этого формула скорости резания примет окончательный вид:
?Dn
V = ------------.
1000
где ? -- число, равное 3,14.
Сокращая постоянные числа ? и 1000, можно получить упрощенную формулу, вполне достаточную для практических, целей:
?Dn
V = ------------.
320
если по известной скорости резания требуется определить частоту вращения фрезы, пользуются зависимостями, полученными из формул:
1000
n = -----------.
D
3. Шлифовальная обработка металла: эскиз детали, какой станок, инструмент, режимы шлифования
Шлифование -- один из прогрессивных видов обработки металлов резанием. Шлифованием можно обработать простые цилиндрические валики и сложные коленчатые валы двигателей, шлицевые валики и направляющие станины, кольца и длинные трубы, червяки и зубчатые колеса, поверхности которых имеют сложную пространственную форму.
Шлифовальный круг - режущий инструмент. При шлифовании припуск на обработку снимают абразивным инструментом -- шлифовальными кругами. Чтобы осуществить резание, необходимо заготовке и режущему инструменту сообщить определенные движения (рис. 2). Шлифовальный круг 1 представляет собой пористое тело, состоящее из большого количества абразивных зерен 7, соединенных между собой особым веществом, которое называют связкой. Между зернами круга и связкой 6 расположены поры 5. Твердые материалы, из которых образованы зерна шлифовального круга, называют абразивными.
Процесс шлифования состоит в том, что шлифовальный круг 1, вращаясь по стрелке 2, при перемещении детали 8 в направлении стрелки 4 снимает тонкий слой металла (стружку) вершинами абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности круга 3 (периферия круга).
Количество абразивных зерен, расположенных на периферии шлифовального круга, очень велико; оно измеряется на кругах средних размеров десятками и сотнями тысяч штук. Следовательно, при шлифовании стружка снимается огромным числом беспорядочно расположенных режущих зерен неправильной формы, что приводит к очень сильному размельчению стружки и тем самым вызывает большой расход энергии.
Рис. 13. Схема плоского шлифования
Рис. 14. Типовые детали
3.1 Типы шлифовальных станков
Металлорежущим станком называют рабочую машину, предназначенную для обработки деталей резанием с целью придания им сданных геометрических форм, размеров необходимой шероховатости поверхности. Металлорежущие станки, у которых в качестве режущего инструмента применяют абразивы, называют шлифовальными станками.
В зависимости от формы поверхности шлифуемой детали и вида шлифования шлифовальные станки делят на:
а) станки для круглого наружного шлифования как центровые, так и бесцентровые;
б) станки для внутреннего шлифования;
в) проскошлифовальные;
г) станки для профильного шлифования;
д) станки для отделочных операций и специальные станки.
Круглошлифовальный станок для наружного шлифования рис. 15, а) имеет следующие узлы и детали: а) станину станка 1, которая служит основанием для установки на ней узлов станка; б) рабочий стол 5, который перемещается по направляющим ее и обеспечивает продольную подачу детали; в) переднюю бабку 2, которая расположена на столе станка и предназначена для установки и передачи вращения шлифуемой детали; г) заднюю бабку 5, которая служит для поддержания правого конца детали при шлифовании ее в центрах; д) шлифовальную бабку 4, несущую на шпинделе шлифовальный круг 3, получающий вращательное движение от электродвигателя; е) панель управления 7, где собраны механизмы управления станком.
На рассмотренном круглошлифовальном станке можно шлифовать деталь как в центрах, так и в патроне.
Внутришлифовальный станок (рис. 15, 6) предназначен: для шлифования цилиндрических и конических отверстий. Ставок имеет следующие основные узлы я детали: а) станину 1, которая предназначена для установки на ней всех узлов станка; б) стол 5, сообщающий шлифовальному кругу 3 возвратно-поступательное движение по направляющим станины; в) переднюю бабку 2, на шпинделе которой крепят патрон или приспособление для закрепления шлифуемой детали; передняя бабка сообщает деталям круговую подачу; г) шлифовальную бабку, на шпинделе которой устанавливают шлифовальный круг 3; д) панель управления 6.
Плоскошлифовальный станок (рис. 15, в) предназначен для шлифования поверхности периферией круга. Основные узлы и детали: а) станина станка 1, на которой размещают все узлы станка; 6) стол 2, который совершает возвратно- поступательное движение вместе со шлифуемыми деталями. Детали закрепляют на поверхности стола 5 прихватами или на магнитной плите; в) шлифовальная или шпиндельная бабка 4, несущая на шпинделе шлифовальный круг 5; она может перемещаться по стойке 3; г) панель управления 7.
Рис. 15. Типы шлифовальных станков
3.2 Шлифовальные инструменты
Инструменты и материалы для алмазно-абразивной обработки имеют весьма широкую номенклатуру, поскольку применяются для различных видов шлифования, для обработки поверхностей разных размеров, различных материалов и т. п. Все они разделяются на круги, головки, сегменты, бруски, ленты, листы, свободные зерна и пасты.
Особенно широкое применение в современном машиностроении получили круги. В табл. 15 приведены некоторые формы и размеры шлифовальных кругов из синтетических абразивных материалов -- электрокорунда и карбида кремния по ГОСТ 2424 -- 75, синтетических алмазов по ГОСТ 16167-70, 16172-70 и др., а также из эльбора по ГОСТ 17123-71. Для отличия кругов из эльбора и алмаза от абразивных перед условным обозначением типа ставится еще одна буква. Так, круг абразивный плоский прямого профиля обозначается буквами ПП, алмазный -- АПП, а эльборовый -- ЛПП и т.п. Круги выпускают в виде различных тарелок, чашек, колец и т.д. Форма и размеры круга определяются видом шлифования и размерами обрабатываемой поверхности и станка.
Шлифовальные головки используются на станках и ручных шлифовальных машинах для обработки и зачистки различных поверхностей. Особенно широко они применяются при работах, исключающих использование шлифовального станка. Материалом их режущей поверхности являются синтетические алмазы и абразивы. Примеры некоторых типов головок по ГОСТ 2447-76 (абразивных) и ГОСТ 17116-71, 17122-71 и др. (алмазных) приведены в табл. 16.
Шлифовальные сегменты различной формы (СП, 1С, 2С, ЗС и др.) выпускаются по ГОСТ 2464-75 и используются для изготовления сборных кругов, имеющих металлический корпус и элементы для закрепления этих сегментов. Так, сегмент типа СП (плоский) имеет форму параллелепипеда со сторонами от 45 х 60 х 20 до 150 х 250 х 55 мм, а выпукло-плоский (типа ЗП) имеет размеры от ПО х 100 х 40 до 380 х 300 х 250 мм. Сборные круги из сегментов имеют прерывистую режущую поверхность, что повышает стойкость круга, производительность и качество обработки.
Бруски круглого, прямоугольного и других сечений применяют при слесарно-лекальных и отделочных станочных работах: хонинговании, суперфинише и др. Ленты используют для шлифования заготовок со сложными профилями (например, лопаток турбин), снятия заусенцев и других работ. Бесконечная лента при обработке прижимается в нужном месте заготовки стороной, на которую нанесен слой абразивного порошка.
Обработку свободными, незакрепленными зернами ведут обычно в жидкой среде, часто с наложением вибраций, для очистки поверхностей, снятия заусенцев и других работ.
3.3 Режимы шлифования
Элементами режима резания при круглом наружном шлифовании являются окружная скорость шлифовального круга, глубина резания (поперечная подача), продольная подача и скорость вращения детали.
Окружная скорость шлифовального круга. Скорость вращения шлифовального круга измеряется в метрах в секунду (м/с). На практике применяют скорости круга от 20-до 60 м/с. Окружную скорость можно определить по формуле:
?Dn
Vк = ------------.
60 * 1000
где D--диаметр круга, мм; п -- частота вращения круга, об/мин.
Окружная скорость детали обычно измеряется в метрах в минуту (м/мин), так как она значительно меньше (обычно в 60-100 раз) окружной скорости круга. Скорость детали может быть подсчитана по формуле:
?d nд
Vд = ------------.
60 * 1000
где d -- диаметр детали, мм; nд -- частота вращения детали, об/мин.
Скорость вращения детали иногда называют круговой подачей.
Глубина шлифования.
Величина поперечного перемещения шлифовального круга, в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности, за время одного продольного хода называется глубиной резания, или поперечной подачей. Глубина резания представляет собой толщину слоя металла, снимаемого за один рабочий ход. При круглом чистовом шлифовании она колеблется от 0,005 до 0,015 мм, при черновом шлифовании -- от 0,010 до 0,025 мм; иногда глубина шлифования может быть и больше.
Продольная подача.
Продольной подачей при круглом шлифовании называется путь, пройденный деталью (или кругом) в направлении, параллельном оси вращения круга, за одну минуту или за время одного оборота шлифуемой детали. Поэтому продольную подачу можно измерять в следующих единицах: в долях высоты (ширины) круга за один оборот детали; в миллиметрах за один оборот детали (мм/об); в миллиметрах за одну минуту (мм/мин). Величина продольной подачи при круглом шлифовании зависит от вида шлифования: при черновом шлифовании деталей, изготовленных из любых материалов, диаметром меньше 20 мм подачу принимают от 0,3 до 0,5 Н (где Я -- высота шлифовального круга); при черновом шлифовании деталей большого диаметра из закаленной стали -- до 0,7 Я; для деталей из незакаленной стали -- до 0,75 Я и для деталей из чугуна -- до 0,85 Я; при чистовом шлифовании подача составляет (0,2-0,3) Н независимо от материала и диаметра детали.
Охлаждение при шлифовании. Для отвода из зоны резания выделяющегося тепла, уменьшения трения и удаления отходов шлифования применяют охлаждение различными смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). По составу и свойствам СОЖ, применяемые при шлифовании, делят на эмульсии и масла.
Эмульсией называют жидкость, в которой во взвешенном состоянии находятся микроскопические частицы другой жидкости. Основой шлифовальной эмульсии является вода с добавлением небольшого количества специальных присадок, например, обеспечивающих смазочный эффект.
Охлаждающая жидкость, смывая абразивно-металлическую пыль, способствует улучшению качества шлифуемой поверхности и улучшению атмосферы цеха. Охлаждающие жидкости не должны содержать ядовитые примеси, вызывающие кожные заболевания у рабочих, не должны разъедать металл и краску станка. Чем больше поверхность соприкосновения детали со шлифовальным кругом и чем тверже материал обрабатываемой детали, тем большее количество охлаждающей жидкости необходимо подавать в зону шлифования. Охлаждающую жидкость следует равномерно подавать на всю высоту шлифовального круга, в противном случае на поверхности детали появляются царапины. Количество подаваемой жидкости зависит от высоты шлифовального круга: на каждые 10 мм высоты круга расходуют примерно 5-8 л жидкости.
4. Строгальная обработка металлов: эскиз детали, какой станок, инструмент, режимы обработки
4.1 Строгальные станки
Назначение, классификация и область применения. К седьмой группе (по классификации ЭНИМС) относятся станки, имеющие прямолинейное движение резания независимо от того, работают ли они резцами (строгальные и долбежные станки) или протяжками и прошивками (протяжные станки). В протяжных станках движение подачи заложено в конструкции самого инструмента (протяжки), каждый последующий режущий зуб которого выступает над предыдущим зубом. В строгальных и долбежных станках движение подачи имеет заготовка или резец (станки этой группы служат для обработки разнообразных линейчатых поверхностей, описанных прямой (образующей), перемещающейся по направляющей линии: комбинации плоскостей, шлицевых отверстий, шпоночных пазов и т.д. Относительное перемещение заготовки и инструмента по направляющей линии обеспечивается движением подачи, а по образующей -- движением резания.
Движение резания долбежных станков (4-й тип) всегда вертикальное, поперечно-строгальных (3-й тип) и продольно-строгальных (1-й и 2-й типы) -- всегда горизонтальное, а протяжных -- или вертикальное (7-й тип), или горизонтальное (5-й тип).
Поперечно-строгальные и долбежные станки применяют в единичном и серийном производстве для обработки небольших по габаритам и массе заготовок. Продольно-строгальные станки позволяют обрабатывать станины станков, корпусные детали крупных двигателей и т.п. также в условиях единичного и серийного их выпуска. Протяжные станки обычно используют в массовом и крупносерийном производстве, обработка стандартных элементов деталей (шпоночных пазов, шлицев, отверстий) может осуществляться и в мелкосерийном производстве. Протяжные станки относятся к наиболее производительным.
Признаки классификации станков этой группы отражаются в наименованиях и моделях: продольно-строгальный одностоечный мод. 7112, поперечно-строгальный с механическим приводом мод. 7В35, поперечно-строгальный с гидравлическим приводом мод. 7М37, долбежный с гидравлическим приводом мод. 7М450, горизонтально-протяжной для внутреннего протягивания мод. 7Б540, вертикально-протяжной для наружного протягивания мод. 776 и т. п.
Из специализированных станков этой группы следует отметить кромкострогальные, предназначенные для подготовки кромок листов, полос и других элементов металлоконструкций под сварку; Эти станки имеют неподвижный стол, на котором устанавливается и крепится заготовка, а резец (или резцы) перемещается вдоль обрабатываемой кромки лирта, снимая необходимый припуск.
Поперечно-строгальные станки применяют в единичном и мелкосерийном производстве для обработки поверхностей небольших заготовок, так как самые мощные станки этого типа имеют ход ползуна не более 1000 мм, площадь стола 560 х 1000 мм при горизонтальной подаче стола на 800 мм и вертикальной -- на 420 мм. На заготовках строгают (рис. 16) вертикальные, горизонтальные и наклонные плоскости, прямоугольные и фасонные канавки на плоскостях и цилиндрах, другие сочетания плоскостей и линейчатых поверхностей.
Рис. 16. Виды работ, выполняемых на поперечно-строгальных станках
4.2 Инструмент
Строгальные резцы обычно выполняют изогнутыми назад (рис. 17). Такая форма инструмента позволяет режущим элементам лучше воспринимать ударные нагрузки в начале рабочего хода. Кроме того, вынесение вершины резца на нейтральную линию снижает возможность изгиба и колебаний его стержня, повышая качество обработки поверхности заготовки. Резцы обычных строгальных станков делают с пластинами: для строгания конструкционных сталей -- из стали Р12, Р6МЗ, для труднообрабатываемых материалов -- из стали Р9М4К8Ф, Р9К10 и твердых сплавов ВК6, ВК8, Т5К10, Т15К6 и др. Различают левые и правые резцы для обработки на проход (проходные), подрезные, канавочные и специальной формы.
Строгальные резцы специальных фасонно-строгальных станков, имеющих малые размеры, могут делаться монолитными, из стали или сплавов указанных выше марок. В некоторых случаях применяют сборные конструкции из державки и сменного резца. Выпускаются также ножи-вставки к резцам тяжелых строгальных станков, оснащенные сплавом Т5К10.
Долбежные резцы относятся к изогнутым вперед. Такая форма инструмента обусловлена спецификой его работы: вертикальным перемещением и деформированием срезаемого слоя своей нижней частью. Требуемый зазор между обработанной поверхностью заготовки и головкой инструмента обеспечивается поднутрением его задних поверхностей Головка долбежного резца аналогична головке токарного резца с некоторыми отличиями: передняя поверхность долбежного резца обращена вниз, его головка имеет иное соединение с корпусной частью и т.п.
Режущая часть долбежного резца делается чаще всего из быстрорежущей стали, для чего предусмотрены специальные формы пластин для оснащения резцов этого типа.
4.3 Режим обработки. Элементы режима резания и срезаемого слоя
Долбление осуществляется резцами, совершающими возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении. Движение резца вниз является движением резания, осуществляемым со скоростью vp, возвращение резца в верхнюю точку является холостым ходом и совершается с повышенной скоростью vх. Скорость резания ограничивается условиями обработки (материалом резца и заготовки, жесткостью системы СПИД и т.д.) и на современных станках не может быть меньше 0,1 м/с. Наибольшая скорость резания на этих станках 0,6 м/с. Кинематика долбежных станков обычно связывает скорость холостого хода резца вверх со скоростью резания, в силу чего vх. не может быть высокой, что отражается на производительности обработки.
Движение подачи (рис. 18) совершается заготовкой в горизонтальной плоскости и может быть продольным, поперечным и круговым. Величина подачи относится к одному двойному ходу, т.е. измеряется в мм/дв. ход. Третьим параметром режима резания (кроме скорости подачи) является глубина резания t измеряемая между обрабатываемой и обработанной поверхностями перпендикулярно последней.
а) б)
Рис. 18. Элементы режима резания в срезаемого слоя при долбления: а - схема долбления и рабочие движения; б -- параметры срезаемого слоя при работе с продольной, поперечной и круговой подачами
5. Сверлильная обработка металлов: эскиз детали, какой станок, инструмент, режимы обработки
5.1 Сверлильные станки
Назначение, классификация и область применения. Сверлильно-расточная группа станков, вторая группа по классификации ЭНИМС, состоит из двух подгрупп: сверлильной и расточной. Сверлильные станки предназначены для работы сверлами, зенкерами, развертками, метчиками и т.п., а расточные, помимо этого, в основном предназначены для работы расточными инструментами различной конструкции, включая специальные.
Характерными признаками, по которым различают виды сверлильных станков, являются расположение шпинделей (вертикальное или горизонтальное), специализация станка на определенные виды работ и некоторые другие.
Различают:
1. Вертикально-сверлильные станки составляют основную часть (90%) парка светильных станков и позволяют выполнять все сверлильные работы. Наиболее крупные станки этого вида позволяют обрабатывать отверстия диаметром 75 мм в стальных заготовках, размещаемых на столе размером 630 х 750 мм. Большинство станков рассчитано на предельный диаметр сверления (в стали) 3, 6, 12, 18, 25, 35, 50 и 75 мм. Модели этих станков различаются цифрами - группа (2), тип (1) и наибольший условный диаметр сверления: 2Н118, 2Н125К, 2Г175М, 2Н135Ц, 2П75Ф2 и т.д.
2. Радиально-сверлильные станки предназначены для любых сверлильных работ на крупногабаритиых заготовках. Они отличаются возможностью совмещения оси шпиннделя с осью обрабатываемого отверстия без перемещения заготовки, путем передвижения шпиндельной головки по радиусу и по дуге окружности относительно собственной колонны.
Для тяжелого машиностроения выпускаются переносные станки данного вида, устанавливаемые непосредственно на громоздкую заготовку, и станки, перемещаемые на рельсах относительно заготовки. Отечественные заводы выпускают радиально-сверлильные станки для работ с наибольшими диаметрами сверления 25, 35, 50, 75 и 100 мм. Некоторые станки имеют поворотную сверлильную головку, что позволяет вести обработку наклонных отверстий с любым углом между ними.
Радиально-сверлильные станки относятся к пятому типу станков, что находит отражение в обозначении их модели: 253, 255, 2А55, 256, 258 и др.
3. Специализированные на определенные работы сверлильные станки обычно применяют в условиях массового и серийного производства; к таким станкам относятся центровальные -- для обработки центровых отверстий в валах, горизонтально-сверлильные -- для обработки глубоких отверстий, где движение резания имеет заготовка, станки для обработки отверстий в коленчатых валах, шатунах. Фильерах, распылителях.
Рис. 19. Вертикально-сверлильный станок: 1 -- плита (основание); Г -- стол: 3 -- шпиндель; 4 -- шпиндельная бабка; 5 -- коробка скоростей; 6 -- электродвигатель; 7 -- станина
Рис. 20. Радиально-сверлильный станок (а) и схема перемещения его шпинделя в зоне обработки (б): Л -- плита; 2 -- стол; 3 -- шпиндель; 4 -- шпиндельная бабка; 5 -- коробка скоростей; 6 -- электродвигатель; 7 -- колонна; 8 -- траверса
Сущность обработки металлов резанием заключается в удалении с поверхности заготовки излишней части металла (припуска). При этом заготовка, превращаясь в изделие, приобретает необходимую форму, размеры и шероховатость поверхности, предусмотренные чертежом.
Рис. 22 Рабочие движения при сверлении
5.2 Инструменты для обработки отверстий
Отверстия на сверлильных станках обрабатывают различными режущими инструментами: сверлами, зенкерами, зенковками, развертками, резцами и метчиками.
Сверла служат для образования отверстий в различных материалах. Они разделяются на спиральные, с прямыми канавками, перовые, для глубокого, кольцевого сверления и центровочные (рис. 23).
Рис. 23. Разновидности сверл: а. б -- спиральные, в -- с прямыми канавками, г -- перовое, д -- ружейное, е -- однокромочные с внутренним отводом стружки для глубокого сверления, ж -- двухкромочное для глубокого сверления, з -- для кольцевого сверления, и -- центровочное
Сверла изготовляют из быстрорежущих, легированных и углеродистых сталей, а также их оснащают пластинками из твердых сплавов.
Наибольшее распространение в промышленности получили спиральные сверла. Спиральные сверла (рис. 23) изготовляют диаметром от 0,1 до 80 мм. Они состоят из рабочей части, хвостовика (конусного или цилиндрического), служащего для крепления сверла в шпинделе станка или в патроне, и лапки, являющейся упором при удалении сверла из шпинделя.
Рабочая часть сверла представляет собой цилиндрический стержень с двумя спиральными, или винтовыми, канавками, по которым выходит наружу стружка из просверливаемого отверстия.
Режущая часть сверла заточена по двум коническим поверхностям, имеет переднюю и заднюю поверхности и две режущие кромки, соединенные перемычкой под углом 55°.
На цилиндрической части по винтовой линии проходят две узкие ленточки, которые центрируют и направляют сверло в отверстие. Ленточки значительно снижают трение сверла о стенки отверстия. Кроме того, для уменьшения трения на рабочей части сверла по направлению к хвостовику сделан обратный конус (диаметр сверла уменьшается от 0,03 до 0,1 мм на каждые 100 мм длины)
Эксплуатационные качества любого режущего инструмента, в том числе и сверла, зависят от материала инструмента, его термообработки, а так же углов заточки режущей части.
5.3 Режимы обработки
Для обработки отверстий в заготовках, полученных при литье, штамповке, либо для получения отверстий (сквозных или глухих) в сплошном материале применяют разнообразные инструменты, которые часто называют осевыми вследствие совпадения их оси в процессе обработки с осью отверстия. Наиболее широко применяется обработка отверстий такими осевыми инструментами, как сверла, зенкеры и развертки.
Сверлами работают на всех станках токарной и сверлильно-расточной группы, на многооперационных станках и станках с ЧПУ, на агрегатных станках и автоматических линиях, а также при использовании ручных сверлильных машин с пневматическим или электрическим двигателем.
Рассмотрим схемы рассверливания, т.е. увеличения диаметра имеющегося отверстия сверлом, зенкерования, при котором та же цель достигается применением другого инструмента -- зенкера, и развертывания, когда расширение отверстия осуществляется разверткой.
Сочетание двух движений инструмента v и S0 приводит к тому, что со стенок отверстия заготовки снимается слой металла толщиной t, равной полуразности диаметров отверстия до и после обработки. Количество материала, подвергнутого деформации и преобразованного в стружку в единицу времени, зависит от режима обработки, определяемого величинами v, S0 и t.
Скоростью резания v при обработке осевыми инструментами называется окружная скорость на наибольшем диаметре инструмента. Для всех вышеуказанных случаев в системе единиц СИ v = ?Dn м/с.
В условиях производства диаметр инструмента измеряют в миллиметрах, а время в минутах. Тогда
?Dn
v = ----------м/мин.
1000
Скорость резания изменяется от нуля (у оси) до максимума (на наибольшем диаметре). Эпюры скоростей показаны на рис. 24.
Подачей при работе осевыми инструментами называют величину перемещения инструмента S0 вдоль оси за один его оборот. При вращении инструмента с частотой n об/с (об/мин) он переместится за единицу времени на величину SМ = S0n ММ/С (ММ/МИН).
При использовании последней единицы подачи (в скобках) ее называют минутой. Можно подачу отнести к одному зубу инструмента, тогда S z= So/z, где z число зубьев инструмента. Для сверла z = 2, для зенкера z= 3?9, для развертки z = 5?14.
Срезаемый слой в процессе обработки осевыми инструментами будет характеризоваться величинами b и а (см. рис. 24). Шириной срезаемого слоя b называется расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, измеренное по поверхности резания. Толщиной срезаемого слоя а называется расстояние между двумя положениями соседних режущих кромок инструмента в диаметральной плоскости отверстия при повороте инструмента на 1/z часть окружности, измеренное перпендикулярно режущей кромке.
Рис. 24. Элементы режима резания и срезаемого слоя: а -- при рассверливании; б -- при зенкеровании; в-- при развертывании
Сварочные работы.
1. Ручная дуговая сварка: эскиз деталей, оборудование, режимы.
Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.
Рис. 25 Соединение деталей сваркой плавлением: а -- перед сваркой, б -- после сварки; 1, 3 -- свариваемые детали, 2 -- оплавляемые кромки, 4 -- сварной шов
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом - дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлические и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.

Рис. 26. Сварка под флюсом: 1 -- сварочная проволока, 2 -- образующаяся капля, 3 -- газовый пузырь, 4 -- дуга, 5 -- сварочная ванна, 6 -- расплавленный флюс, 7 -- нерасплавленный флюс, В -- изделие

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.

Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальным, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.

Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.

Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

Сварочное оборудование.

Сварочный пост -- рабочее место сварщика, оборудованное всем необходимым для выполнения сварочных работ. Сварочный пост укомплектован источником питания, электрическими проводами, электрододержателем, сборочно-сварочными приспособлениями и инструментом, щитком.

Сварочные посты в зависимости от рода применяемого тока и типа источника питания дуги делят на виды: постоянного тока с питанием от сварочного выпрямителя или сварочного преобразователя; переменного тока с питанием от сварочного трансформатора. Сварочные посты могут быть стационарными или передвижными.

Стационарные посты представляют собой открытые сверху кабины для сварки изделий небольших размеров.

В кабине обычно помещают однопостовой сварочный трансформатор или сварочный выпрямитель. Вращающийся преобразователь постоянного тока создает при работе сильный шум, поэтому его лучше размещать за пределами кабины. При питании сварочных постов от многопостовых выпрямителей сварочный ток разводят по кабинам проводами или шинами. В кабине устанавливают рубильник или магнитный пускатель для включения источника сварочного тока. На рабочем столе располагают специальные приспособления для сборки и зажатия свариваемых деталей, а также ящики для покрытых электродов и инструмента. На стенке кабины подвешивают сушильный шкаф для прокалки электродов.

Передвижные посты применяют при сварке крупногабаритных изделий непосредственно на производственных площадях цехов или строительных площадках. Защита от лучей дуги в этих случаях производится щитами, а защитой источников питания дуги от дождя и снега служат навесы или на монтаже передвижные машинные залы.

Принадлежности и инструмент сварщика.

Для зажатия электрода и подвода к нему сварочного тока служит электрододержатель. Более совершенными являются электрододержатели с пружинами применяют также винтовые, пластинчатые, вилочные и другие типы электрододержателей.

Согласно ГОСТ 14651-78Е, электрододержатели выпускают трех типов в зависимости от силы сварочного тока: I типа--для тока 125 А; II типа -- 125-315 А; III типа --315-500 А. Во всех типах электрододержатель должен выдерживать без ремонта 8000 зажимов электродов. Время смены электрода не должно превышать 4 с.

Щитки изготовляют согласно ГОСТ 12.4.035 -- 78 из легких и несгораемых материалов (спецпластмасс). Масса ручного щитка не должна превышать 0,48 кг, наголовного -- 0,50 кг.

Защитные стекла (светофильтры) предназначены для защиты глаз и кожи лица от лучей дуги, брызг металла и шлака. ГОСТ 12.4.080 -- 79 предусматривает 13 классов (номеров) светофильтров при сварке на токах от 5 до 1000 А.

Размер светофильтра 52х102 мм. Светофильтр вставляют в рамку щитка. Светофильтр защищают от брызг снаружи обычным оконным стеклом. Прозрачное стекло меняют по мере загрязнения.

Кабели и сварочные провода служат для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию. Электрододержатели присоединяют к гибкому с медными жилами кабелю ПРГД или ПРГДО (ГОСТ 6731-77 Е). При отсутствии значительных механических воздействий можно использовать кабель АПРГДО с алюминиевыми жилами. Медный кабель ПРГД может противостоять воздействию ударных нагрузок, а также трению о металлические конструкции, абразивные материалы. Медный кабель ПРГДО и алюминиевый АПРГДО не могут подвергаться значительному механическому воздействию. Длина гибкого кабеля, к которому присоединяется электрододержатель, обычно равна 2-3 м, остальная часть его может быть заменена кабелями марок КРПТ, КРПТН, КРПГ, КРПС, КРПСН с медными жилами и АКРПТ, АКРПТН с алюминиевыми жилами (ГОСТ 13497-77Е). Кабель марки КПРС имеет повышенную гибкость и может в процессе работы подвергаться значительным ударным нагрузкам. Кабель разных марок соединяют муфтами, пайкой или медными наконечниками и болтами.

Провод, соединяющий свариваемое изделие с источником питания, может быть менее гибким и более дешевым. В этом случае применяют провод марки ПРГ (ГОСТ 20520-80).

Для присоединения к свариваемому изделию провод часто снабжают быстродействующим зажимом, изготовленным из электропроводного металла (меди, бронзы). Зажимы могут быть пружинного или винтового типа. Проводом от источника питания до изделия может служить алюминиевая или стальная шина, уложенная в деревянном кожухе.

Сечения медных проводов (жил) выбирают по установленным нормативам для электротехнических установок 5-2 А/мм2 при токах 100-300 А.

Одежда сварщика (костюм и халат) шьется из брезентовой парусины, иногда из специальной (пленочной) ткани. Брюки надевают поверх обуви для предохранения ног от ожогов горячими огарками, образующимися при смене электродов, и брызгами металла.

Одежда из прорезиненного материала не применяется, так как легко прожигается нагретыми частицами металла. Все сварщики должны пользоваться брезентовыми рукавицами.

При выполнении сварочных работ внутри замкнутых сосудов (котлов, емкостей, резервуаров и др.) сварщиков обеспечивают резиновыми ковриками, галошами, особыми наколенниками, подлокотниками и деревянными подставками.

К принадлежностям сварщика относятся;

- стальная щётка, применяемая для зачистки металла от грязи, ржавчины перед сваркой и шлака после сварки.

- молоток с заострённым концом для отбивки шлака со сварочных швов и для поставки личного клейма.

- зубило для вырубки дефектных мест сварного шва.

- для замера геометрического размеров швов, сварщику выдают набор шаблонов. Также сварщик пользуется некоторыми измерительными инструментами (линейка, рулетка). Для проверки углов используется угольник.

Режим ручной дуговой сварки.

Под режимом сварки понимают группу показателей, определяющих характер протекания процесса сварки. Эти показатели влияют на количество теплоты, вводимой в изделие при сварке. К основным показателям режима сварки относятся: диаметр электрода или сварочной проволоки, сварочный ток, напряжение на дуге и скорость сварки. Дополнительные показатели режима сварки: род и полярность тока, тип и марка покрытого электрода, угол наклона электрода, температура предварительного нагрева металла.

Выбор режима ручной дуговой сварки часто сводится к определению диаметра электрода и сварочного тока. Скорость сварки и напряжение на дуге устанавливаются самим сварщиком в зависимости от вида (типа) сварного соединения, марки стали и электрода, положения шва в пространстве и т.д.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, типа шва и др. При сварке встык листов толщиной до 4 мм в нижнем положении диаметр электрода берется равным толщине свариваемой стали. При сварке стали большей толщины применяют электроды диаметром 4-6 мм при условии обеспечения полной возможности провара металла соединяемых деталей и правильного формирования шва. Применение электродов диаметром более 6 мм ограничивается вследствие большой массы электрода и электрододержателя. Кроме того, прочность сварных соединений, выполненных электродами больших диаметров, снижается вследствие возможного непровара в корне шва и большой столбчатой макроструктуры металла шва.

В многослойных стыковых и угловых швах первый слой или проход выполняется электродом диаметром 2-4 мм: последующие слои и проходы выполняются электродом большего диаметра в зависимости от толщины металла и формы скоса кромок.

В многослойных швах сварка первого слоя электродом малого диаметра рекомендуется для лучшего провара корня шва. Это относится как к стыковым, так и угловым швам.

Сварка в вертикальном положении выполняется обычно электродами диаметром не более 4 мм, реже 5 мм; электроды диаметром 6 мм могут применяться только сварщиками высокой квалификации.

Потолочные швы, как правило, выполняются электродами не более 4 мм.

Ток выбирают в зависимости от диаметра электрода. Для выбора тока можно пользоваться зависимостью: I = Kd, где К= 35?60 А/мм; d -- диаметр электрода, мм. Относительно малый сварочный ток ведет к неустойчивому горению дуги, непровару и малой производительности. Чрезмерно большой ток ведет к сильному нагреву электрода при сварке, увеличению скорости плавления электрода и непровару, повышенному разбрызгиванию электродного материала и ухудшению формирования шва.

На величину коэффициента К влияет состав электродного покрытия: для газообразующих покрытий К берется меньше, чем для шлакообразующих покрытий, например для электродов с железным порошком в покрытии (АНО-1, ОЗС-3) сварочный ток на 30-40% больше, чем для электродов с обычными покрытиями. 'При сварке с вертикальными и горизонтальными швами ток должен быть уменьшен против принятого для сварки в нижнем положении примерно на 5-10%, а для потолочных -- на 10-15%, с тем чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны.

6. Газопламенная резка: эскиз деталей, оборудование, режимы

Газопламенная обработка, совокупность технологических процессов тепловой обработки металлов пламенем горючих газов сварочных горелок: кислородная резка стали, флюсокислородная резка.

Кислородная резка, газовая резка, способ резки металлических деталей, основанный на свойстве металлов, нагретых до температуры воспламенения, гореть в технически чистом кислороде. При К. р. на нагретый до 1200-1300°С металл направляют струю кислорода, прожигающую металл и разрезающую его. Образующиеся окислы железа в расплавленном состоянии вытекают и выдуваются из полости реза. Этим способом режут изделия из углеродистых низко- и среднелегированных сталей обычно толщиной от 1 мм до 200-300 мм (возможна К. р. стали толщиной до 2 м).

Разновидностью кислородной резки является флюсокислородная резка, которой разделяют металлы, трудно поддающиеся резке (высокохромистые и хромоникелевые стали), а также чугуны и алюминиевые сплавы. В этом случае процесс облегчают вдуваемые вместе с кислородом порошкообразные флюсы. Кроме разделительной К. р., при которой режущая струя почти перпендикулярна поверхности металла, применяют кислородную обработку (т. н. строжку). При этом режущую струю направляют под небольшим углом (почти параллельно) к поверхности металла.

Различают два основных вида кислородной резки: разделительную и поверхностную. Разделительную (рис. 27, а) применяют для вырезки различного вида заготовок, раскроя листового металла, разделки кромок под сварку и других работ, связанных с разрезкой металла на части.

Сущность процесса заключается в том, что металл вдоль линии разреза нагревают до температуры воспламенения его в кислороде, он сгорает в струе кислорода, а образующиеся оксиды выдуваются этой струей из места разреза.

Поверхностную резку применяют для снятия поверхностного слоя металла, разделки каналов (рис. 27,6), удаления поверхностных дефектов и других работ. Резаки имеют большую длину и увеличенные сечения каналов для газов подогревающего пламени и режущего кислорода.

Рис. 27

6.1 Оборудование

Кислородную резку производят резаком -- специальной сварочной горелкой с дополнительным устройством для подвода кислорода. В зависимости от использования для нагрева металла горючего газа различают ацетиленокислородную, водородно-кислородную, бензинокислородную и др. резку, ручную и машинную. Машинная кислородная резка обеспечивает высокую точность и чистоту реза при большой производительности. На машинах производят резку по шаблонам, специальным направляющим, чертежу, копируя его в любом масштабе; возможно использование сразу нескольких резаков для одновременной резки деталей. Кислородную резку можно автоматизировать, используя фотоэлектронное устройство.

Резаки классифицируют по назначению (универсальные и специальные); по принципу смешения газов (инжекторные и безынжекторные); по виду резки (разделительной и поверхностной резки); по применению (для ручной и машинной резки). Большее применение получили универсальные инжекторные ручные резаки для разделительной резки. Они отличаются от сварочных горелок наличием отдельной трубки для подачи режущего кислорода и особым устройством головки, состоящей из двух сменных мундштуков (наружного -- для подогревающего пламени; внутреннего -- для струи чистого кислорода).

Большое применение получил резак « Факел», для работы на газах заменителях ацетилена используют резаки типа РЗР, для машинной резки стационарные шарнирные машины АСШ - 2 и АСШ - 7.

6.2 Режимы обработки

При резке листового материала толщиной до 20...30 мм мундштук резака устанавливают вначале под углом 0…5 к поверхности, а затем -- под углом 20…30° в сторону, обратную движению резака. Это ускоряет процесс разогрева металла и повышает производительность процесса резки.

Резку металла большой толщины выполняют следующим образом. Мундштук резака вначале устанавливают перпендикулярно поверхности разрезаемого металла, так чтобы струя подогревающего пламени, а затем и режущего кислорода располагалась вдоль вертикальной грани разрезаемого металла. После прогрева металла до температуры воспламенения пускают струю режущего кислорода. Перемещение резака вдоль линии резания начинают после того, как в начале этой линии металл будет прорезан на всю его толщину. Чтобы не допустить отставания резки в нижних слоях металла, в конце процесса следует постепенно замедлить скорость перемещения резака и увеличивать наклон мундштука резака до 10…15° в сторону, обратную его движению.

Рекомендуется начинать процесс резки с нижней кромки (рис. 28).

Рис. 28

Предварительный подогрев до 300…400°С позволяет производить резку с повышенной скоростью. Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. Если скорость перемещения резака установлена правильно (1...6), то поток искр и шлака вылетает из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При большой скорости перемещения резака поток искр отстает от него, металл в нижней кромке не успевает сгореть и сквозное прорезание прекращается. При малой скорости сноп искр опережает резак, кромки разреза оплавляются и покрываются натеками.

Давление режущего кислорода устанавливают в зависимости от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. Чем выше чистота кислорода, тем меньше давление и расход кислорода. Зависимость давления кислорода от толщины металла при ручной резке следующая:

Толщина металла, мм: 5...20, 20...40, 40...60, 60...100, 100...200.

Давление кислорода Р, МПа: 0,3...0,4, 0,4...0,5, 0,5...0,6, 0,7...0,9, 1,0...1,1.

Ширина и чистота разреза зависят от способа резки и толщины разрезаемого металла. Машинная резка дает более чистые кромки и меньшую ширину разреза, чем ручная резка. Чем больше толщина металла, тем больше ширина разреза. Это видно из следующих данных:

Толщина металла, мм: 5...50, 50...100, 100...200, 200...300.

Ширина разреза, мм: при ручной резке: 3...5, 5...6, 6...8, 8...10.

При машинной резке: 2,5...4,0, 4,0...5,0, 5,0...6,5, 6,5...8,0.

Процесс резки вызывает изменение структуры, химического состава и механических свойств металла. При резке низкоуглеродистой стали тепловое влияние процесса на ее структуру незначительно. Наряду с участками перлита появляется неравновесная составляющая сорбита, что даже несколько улучшает механические качества металла. При резке стали, имеющей повышенное содержание углерода и легирующие примеси, кроме сорбита образуются троостит и даже мартенсит. При этом сильно повышается твердость и хрупкость стали и ухудшается обрабатываемость кромок разреза. Возможно образование холодных трещин. Изменение химического состава стали проявляется в образовании обезуглероженного слоя металла непосредственно на поверхности резания. Это происходит в результате выгорания углерода под воздействием струи режущего кислорода. Несколько глубже находится участок с большим содержанием углерода, чем у исходного металла. Затем по мере удаления от разреза содержание углерода уменьшается до исходного. Также происходит выгорание легирующих элементов стали.

Механические свойства низкоуглеродистой стали при резке почти не изменяются. Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становятся более твердыми и дают трещины в зоне резания.

Нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали, чугун, цветные металлы и их сплавы не поддаются обычной кислородной резке, так как не удовлетворяют указанным выше условиям.

Для этих металлов применяют кислородно-флюсовую резку.

В качестве флюса используется мелкогранулированный железный порошок марки ПЖ-5М. При резке хромистых и хромоникелевых сталей во флюс добавляют 25...50% окалины; при резке чугуна добавляют около 30...35% доменного ферро-фосфора; при резке меди и ее сплавов применяют флюс, состоящий из смеси железного порошка с алюминиевым порошком (15...20%) и феррофосфором (10...15%).

Резку производят установкой типа УРХС-5, разработанной ВНИИавтогенмаш и состоящей из флюсопитателя и резака. Установка используется для ручной и машинной кислородно-флюсовой резки высоколегированных хромистых и хромоникелевых марок сталей толщиной 10...200 мм при скорости резания 230...760 мм/мин. На 1 м разреза расходуется кислорода 0,20...2,75 м3; ацетилена -- 0,017...0,130 м3 и флюса -- 0,20...1,3 кг.

При кислородно-флюсовой резке некоторая часть теплоты подогревающего пламени уходит на нагревание флюса. Поэтому мощность пламени берется на 15...25% выше, чем при обычной резке. Пламя должно быть нормальным или с некоторым избытком ацетилена. Расстояние от торца мундштука резака до поверхности разрезаемого металла устанавливается в пределах 15...20 мм. При малом расстоянии частицы флюса отражаются от поверхности металла и, попадая в сопло резака, вызывают хлопки и обратные удары. Кроме того, наблюдается перегрев мундштука, приводящий к нарушению процесса резки. Угол наклона мундштука резака должен быть в пределах 0...100 в сторону, обратную направлению резки. Хорошие результаты дает предварительный подогрев. Хромистые и хромоникелевые "тали требуют подогрева до 300...400°С, а сплавы меди -- 200...350°С.

Скорость резки зависит от свойств металла и от его толщины. Чугун толщиной 50 мм режут со скоростью 70...100 мм/мин. При этом на 1 м разреза расходуется 2...4 м3 кислорода, ''16…25 м3 ацетилена и 3,5...6 кг флюса. Примерно такие же данные получают при резке сплавов меди. При резке хромистых и хромоникелевых сталей расход всех материалов снижается почти в 3 раза.

Список используемой литературы

1. Барбашов Ф.А., Сильвестров Б.Н. Фрезерные и зуборезные работы: Учебник. - М.: Высш. шк., 1983. - 284 с

2. Бергер И.И. Токарное дело. - М.: Высш. шк.., 1980. - 314 с

3. Бергер И.И., Комлев А.П. Фрезерное дело: Учеб. пособие. - М.: Высш. Школа., 1981.- 305 с

4. Винников И.З. Устройство сверлильных станков и работа на них. - М.:Высш. шк., 1978.- 263 с

5. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела: Учебник.- М.: Высш. шк., 1991. - 239 с

6. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки. Учеб. пособие для студентов немашиностроительных специальностей вузов. -- М.: Машиностроение, 1981. - 287 с

7. Захаров И.В. Технология токарной обработки. - Лен-д.: лениздат., 1972 - 489 с

8. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовщика.- М.: Машиностроение., 1988. - 480 с

9. Комлев А.П. Справочник молодого фрезеровщика. М.: Высш. Шк., 1981. - 288 с

10. Лакирев С.Г. Обработка отверстий: Справочник.- М.: Машиностроение., 1984. - 208 с.

11. Лоскутов В.В. Шлифование металлов: Учебник.- М.: Машиностроение., 1979. -243 с

12. Малаховский В.А. Руководство для обучения газосварщика и газорезчика: Практическое пособие. - М.: Высш. шк., 1990.- 303 с

13. Рыбаков В.М. Дуговая и газовая сварка: Учеб. ,-- 2-е изд., перераб. -- М.: Высш. шк., 1986.--208 с

14. Соколов И.И. Газовая сварка и резка металлов: Учебник. - М.: Высш. шк., 1981. - 320 с