Безпалько В.И. Технология конструкционных и трубопроводо-строительных материалов

поверхностные поры — появление свищей, газовых пузырей (на-

личие газов в металле, воды в обмазке электродов или флюсе,

продуктов коррозии в месте сварки).

В конце шва и в месте обрыва дуги могут образовываться углуб-

ления — кратеры. Кратеры необходимо заваривать, так как они

уменьшают сечение шва и могут стать местом зарождения трещи-

ны. В особо ответственных случаях металл шва на участке с крате-

ром следует удалять механически.

Некоторые наружные дефекты шва, получаемые при сварке,

показаны на рис. 5.20, а, б.

Внутренние дефекты. Скрытые трещины и поры, внутренние

непровары (рис. 5.20, в, г) и несплавления, а также присутствие

неметаллических включений — это основные внутренние дефек-

ты сварных соединений.

Трещины как наружные, так и внутренние представляют собой

местное разрушение (разрыв) в сварном шве и прилегающих к

нему зонах. Трещины наиболее опасны и всегда являются недопу-

стимым дефектом.

Поры — округлые или вытянутые полости, заполненные газом.

Они могут быть микроскопическими и крупными (4... 6 мм). Поры

образуются в швах или на границе сплавления с основным метал-

лом вследствие быстрого остывания сварочной ванны, насыщен-

ной газами. При этом газы не успевают достичь поверхности. Поры

могут распределяться в шве отдельными группами в виде цепочки

вдоль шва или в виде отдельных включений. Иногда образуются

сквозные поры, так называемые свищи.

В аппаратуре, работающей под давлением и в вакууме, поры в

ответственных деталях конструкций недопустимы. Однако в дру-

гих конструкциях, в том числе строительных, поры не являются

серьезным дефектом. Основная причина пор при сварке строи-

262

тельных сталей — плохое раскисление сварочной ванны. Причи-

ной пористости также может быть повышенное содержание водо-

рода в шве из-за использования отсыревших электродов или флю-

сов, а также наличия ржавчины, влаги, масел, краски на свари-

ваемых кромках или сварочной проволоке.

Неметамические включения — дефект в виде инородной части-

цы в металле шва. Различают шлаковые, флюсовые, оксидные и

другие неметаллические включения. Шлаковые включения, напри-

мер, образуются в результате плохой очистки кромок свариваемых

деталей, а также недостаточно полного удаления шлака при мно-

гослойной сварке.

Влияние дефектов на прочность сварных соединений обуслов-

лено главным образом уменьшением их рабочего сечения и кон-

центрацией напряжений.

При контроле качества сварных изделий применяют следую-

щие способы выявления дефектов:

• внешний осмотр и проверка шва. Этим способом выявляют под-

резы, раковины, свищи, трещины, поры, незаплавленные мес-

та, неравномерность шва и несоответствие его размеров;

• механические и технологические испытания свойств наплав-

ленного металла и сварного соединения;

• гидравлические испытания — для деталей, работающих под

давлением;

• испытания сжатым воздухом — для определения плотности и

прочности изделия;

• керосиновая проба, при которой одну сторону соединения по-

крывают мелом, а другую керосином. Если керосин смачивает мел,

то это указывает на наличие внутренних дефектов сварки;

• рентгеновское просвечивание шва, основанное на различном

поглощении лучей металлом и неметаллическими веществами. Этим

способом обнаруживают поры, раковины, трещины, непровары,

шлаковые включения;

• ультразвуковой метод, основанный на способности различ-

ных сред по-разному отражать ультразвуковые волны. Выявляют

дефекты в виде неметаллических включений в сварном шве в де-

талях толщиной до 5 мм;

• магнитные методы, основанные на разности рассеивания маг-

нитных потоков в дефектных и сплошных местах изделия. Выявля-

ют мелкие трещины и поры шва;

• испытания аммиаком. Изделия, имеющие внутренние полос-

ти, заполняют сжатым воздухом с добавлением 1 % аммиака, а

Швы обертывают бумагой, пропитанной 50%-ным раствором азот-

нокислой ртути. При наличии неплотности в шве на бумаге появ-

ляются черные пятна;

• люминесцентный метод. Деталь погружают на 20...30 мин в

смесь керосина и масла, а затем вытирают насухо и погружают в

263

порошок магнезии, прилипающей в местах появления масла (на

месте трещин);

• металлографический контроль. Определяют макро- и микро-

структуру металла, а также выявляют поры, трещины, раковины

непровары и другие дефекты сварного шва.

5.6. Пайка металлов и сплавов

5.6.1. Припои и флюсы

Пайка — процесс соединения металлических деталей в твер-

дом состоянии с помощью присадочного сплава (припоя). При

пайке плавится лишь присадочный материал, который имеет тем-

пературу плавления ниже температуры плавления основного ме-

талла. В этом отличие пайки от сварки.

Для получения прочного соединения необходимо, чтобы при-

пой хорошо смачивал поверхность металлов, подвергаемых пай-

ке, обладал хорошим взаимодействием с ними и образовывал с

ними растворы. Чем больше степень взаимной диффузии между

расплавленным припоем и металлами, тем выше механическая

прочность соединения деталей. Кроме того, прочность пайки за-

висит от чистоты поверхности в месте соединения деталей, для

чего их поверхности предварительно очищают, обезжиривают и

удаляют с них оксиды.

Пайка по сравнению со сваркой плавлением имеет некоторые

преимущества. Во многих случаях пайка экономичнее сварки. Пайка

не вызывает существенных изменений химического состава и ме-

ханических свойств соединяемых деталей. Остаточные деформа-

ции в паяных соединениях меньше по величине, чем в сварных,

что позволяет с большей точностью соблюдать размеры изготов-

ляемых конструкций.

При помощи пайки можно соединять детали из углеродистой и

легированной сталей всех марок, цветных металлов и сплавов, а

также из разнородных металлов и сплавов.

Пайка имеет широкое применение во всех отраслях промыш-

ленности, так как с ее помощью при минимальных затратах вре-

мени и средств можно восстанавливать поврежденные детали и

изготовлять новые изделия. В то же время прочность паяных соеди-

нений ниже сварных.

Припои должны отвечать следующим требованиям: высокая

механическая прочность в условиях нормальных, высоких и низ-

ких температур; хорошие электро- и теплопроводность; герме-

тичность; стойкость против коррозии в паре с основным метал-

лом; жидкотекучесть при температуре пайки; хорошее смачива-

ние основного металла; определенные для данного припоя тем-

264

пература плавления и величина температурного интервала крис-

таллизации.

В зависимости от температуры плавления и прочности приме-

няемых припоев различают низкотемпературную и высокотемпе-

ратурную пайку. В связи с этим для пайки применяют припои двух

видов: мягкие с низкой температурой плавления (до 450 °С) и

малой механической прочностью соединения; твердые с высокой

температурой плавления (500... 1300 °С) и большой механической

прочностью соединения.

К мягким припоям относят сплавы на оловянной, свинцовой,

кадмиевой, висмутовой и цинковой основах, которые применя-

ют в том случае, когда паяный шов должен обеспечить герметич-

ность соединения при сравнительно невысокой механической

прочности (предел прочности шва 30... 100 МПа).

К твердым припоям относят сплавы на медной, серебряной,

алюминиевой, магниевой и никелевой основах, которые приме-

няют для получения прочных паяных швов, предел прочности

которых достигает 700 МПа. Твердыми припоями можно паять медь,

латунь, бронзу, сталь, чугун и другие сплавы, кроме алюминия и

его сплавов.

Припой марки ПОС-90 (80...90% Sn) применяют для пайки

внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры,

т.е. в тех условиях, когда требуется высокая коррозионная стой-

кость шва. Припой марки ПОС-40 используют для пайки латуни,

стали и сплавов на медной основе. В этих марках припоев буква

П — означает «припой», О — олово, С — свинец, а цифра —

максимальное содержание олова в процентах.

Универсальным припоем для изделий из различных металлов

является припой марки ПОС-30 (30 % Sn, 2 % Sb). Припой марки

ПОС-18 (18% Sn, 2% Sb) применяют для пайки свинца, цинка,

оцинкованного железа, латуни. Для экономии дефицитного олова

применяют припой марки ПОС-4-6 (4 % Sn, 6 % Sb).

Для пайки алюминия и его сплавов оловяно-свинцовые при-

пои не применяют вследствие того, что свинец резко снижает

коррозионную стойкость швов алюминиевых деталей. Пайку алю-

миния и его сплавов выполняют мягкими припоями на основе

олова и цинка с добавкой кадмия (55 % Sn, 25 % Zn, 20 % Cd или

40 % Zn и 60 % Cd).

Легкоплавкие висмутовые припои (9,6 % Sn, 45,1 % Pb, 45,3 %

Bi) плавятся при температуре 79 "С. Их применяют в тех случаях,

когда не требуется высокая прочность шва, а изделие работает

при температуре не выше 4О...5О°С.

Пайка твердыми медно-цинковыми припоями марок ПМЦ-36

(34...38% Си) и ПМЦ-54 (54...56% Си) применима почти для

всех сплавов, но присутствие значительного количества цинка при-

дает паяному шву хрупкость.

265

Прочные соединения получаются при пайке серебряными при-

поями, причем наиболее надежное соединение образуется при

толщине слоя припоя 0,03...0,08 мм.

Для пайки титана и его сплавов применяют припой на основе

титаноникелевых сплавов, а также серебряные припои, например

ПСР-45 (30 % Си, 45 % Ag, 25 % Zn).

Флюсы при пайке предназначены для растворения и удале-

ния оксидов с поверхности соединяемых деталей, а также для

улучшения смачиваемости и растекания припоя. В качестве флю-

са обычно используют канифоль. Иногда для повышения актив-

ности флюса в канифоль добавляют анилин, салициловую кис-

лоту и т.д. Канифоль в чистом виде и с добавкой анилина имеет

повышенную активность, не вызывает коррозии шва и металла

соединяемых деталей. В качестве флюса применяют также стеа-

рин, соляную кислоту, хлористый цинк, нашатырь, фосфорную

кислоту и др.

Для пайки алюминия и его сплавов применяют специальные

флюсы, состоящие из хлористых солей калия, натрия, лития и

цинка. Эти флюсы, растворяя оксиды алюминия, очищают по-

верхность изделия и тем самым создают условия для протекания

следующей реакции:

3ZnCl

+ 2A1 = 2А1С1

+ 3Zn

Выделение в результате этой реакции газообразного хлористо-

го алюминия способствует окончательной очистке поверхности

изделия, которая при этом покрывается слоем расплавленного

цинка, обеспечивающего хорошее растекание припоя. Остатки

флюса удаляют с поверхности изделия путем тщательной про-

мывки горячей водой.

При высокотемпературной пайке используют флюсы, компо-

нентами которых могут быть бура, борная кислота, хлорид цин-

ка, фторид калия и другие галоидные соли щелочных металлов.

Например, для пайки коррозионно-стойкой стали применяют

флюс, состоящий из равных частей буры и борной кислоты, за-

мешенных на водном растворе хлористого цинка. При пайке се-

ребряным припоем применяют флюс из буры и добавок плавико-

вого шпата, фторида калия или хлорида цинка.

5.6.2. Способы пайки

Перед пайкой мягким (низкотемпературным) припоем поверх-

ность, подлежащую соединению, тщательно очищают. Кроме раз-

личных способов механической очистки, иногда производят обез-

жиривание в органических растворителях. Затем следует сборка

деталей с таким расчетом, чтобы зазоры между ними были не

более 0,2 мм, а затем следует сам процесс пайки.

266

При пайке твердыми (высокотемпературными) припоями ранее

подготовленные к пайке и обработанные флюсом части изделий

нагревают вместе с припоем до температуры его плавления.

При пайке применяют два типа соединений — внахлестку и

стыковое, которые являются основными. Остальные виды соеди-

нения представляют комбинации основных. Стыковое соедине-

ние применяется при изготовлении неответственных паяных со-

единений, внахлестку — в случаях более жестких требований по

несущей способности и герметичности.

По условиям заполнения зазора припоем пайку можно разде-

лить на капиллярную и некапиллярную. При капиллярной пайке

вначале производят сборку деталей. При нагреве припой расплав-

ляется, заполняет зазор между соединяемыми поверхностями де-

талей и удерживается в нем за счет капиллярных сил.

Наиболее широко используемые способы нагрева деталей пе-

ред пайкой: в печах сопротивления, газопламенных печах, нагре-

тым паяльником, в соляных ваннах, в расплаве припоя (погруже-

нием). Достаточно часто применяют также нагрев в индукцион-

ных печах токами высокой и промышленной частоты, радиаци-

онный нагрев, в контактных (сварочных) машинах, в электроли-

тических ваннах, газовыми горелками, паяльными лампами.

Пайка в печах производится нагревом подготовленных дета-

лей, т.е. собранных с наложенным на место спая припоем. Для

предохранения деталей от окисления и оказания флюсующего

действия в печах создают специальную газовую атмосферу.

Индукционная пайка состоит в том, что подготовленные дета-

ли, подлежащие пайке, вводят в магнитное поле индуктора, пи-

таемого током высокой или промышленной частоты. Энергия,

необходимая для нагрева деталей и припоя до температуры пай-

ки, выделяется за счет индуцируемого тока.

Пайка сопротивлением происходит за счет тепловой энергии,

выделяемой при прохождении тока через паяемые детали (в ма-

шинах для контактной сварки и других устройствах).

Пайка погружением производится нагревом паяемых деталей и

припоя в ваннах с расплавом солей. При пайке нагревом подго-

товленные к пайке детали полностью или частично погружаются

в расплавленный припой.

Радиационный нагрев паяемых деталей осуществляется мощ-

ными кварцевыми лампами, расфокусированным электронным

лучом или мощным лазером.

При пайке горелками используют газосварочные горелки, плаз-

менные горелки косвенного действия, электрическую дугу кос-

венного действия, горящую между угольными электродами, а также

паяльные лампы и паяльники.

Рабочую часть паяльников изготавливают из прутка меди, ко-

нец должен иметь клиновидную форму. Особенно удобны в работе

267

паяльники с электрическим нагревом. Сам процесс мягкой пайки

заключается в нагреве паяльником до 250...300°С места соедине-

ния очищенных, покрытых флюсом и плотно прижатых друг к

другу деталей при помощи паяльника. Рабочая кромка паяльника

должна быть предварительно облужена припоем. В процессе пайки

одновременно производят подачу и расплавление припоя.

В некоторых случаях пайку металлов механизируют и автомати-

зируют. К таким методам пайки можно отнести контактную пайку

с нагревом токами высокой частоты, пайку электрической дугой,

пайку с погружением в расплавленный припой и др.

ГЛАВА 6

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

6.1. Общие сведения

6.1.1. Основные виды механической обработки металлов

Практически все детали машин и механизмов приобретают

окончательные форму и размеры, заданные чертежом, только после

механической обработки резанием. До обработки будущая деталь

называется заготовкой. В процессе обработки с нее необходимо

удалить лишний металл, называемый припуском на механическую

обработку.

Обработка конструкционных материалов резанием представ-

ляет собой совокупность действий, направленных на изменение

формы и размеров заготовки путем снятия с нее припуска на ме-

ханическую обработку инструментом металлорежущих станков и

обеспечение заданной точности и шероховатости поверхности

получаемой детали.

В зависимости от формы и качества поверхности получаемых де-

талей, предъявляемых к ним требованиям обработку заготовок мож-

но производить различными механическими способами: точением,

фрезерованием, строганием, сверлением, протягиванием, шлифо-

ванием и др. Каждый из способов обработки осуществляется на со-

ответствующем оборудовании и имеет свою область применения.

Широкое применение получила технология обработки загото-

вок путем использования высокопроизводительных станков, при-

способлений и современных режущих инструментов из быстроре-

жущих материалов. Это позволяет значительно повысить произво-

дительность, улучшить качество деталей при одновременном сни-

жении себестоимости их механической обработки.

Изучение особенностей процессов, протекающих в ходе обра-

ботки материалов резанием, совершенствование конструкции ре-

жущих инструментов, приспособлений и металлорежущих стан-

Ков особенно важно как для рационального управления процес-

сами резания, так и для разработки и внедрения более совершен-

ных технологических процессов производства деталей для совре-

менных машин.

Методы обработки металлов резанием различаются между со-

бой конструкцией используемого режущего инструмента и харак-

269

тером относительных движений, совершаемых инструментом и

обрабатываемой заготовкой на металлорежущем станке. Требуе-

мый контур детали получается в результате сочетания определен-

ных движений инструмента и заготовки. Классификация методов

обработки поверхностей деталей резанием учитывает кинемати-

ческие признаки (по принципу сочетания движений заготовки и

инструмента) и признаки, определяющие сущность данного ме-

тода обработки — условия стружкообразования (физические осо-

бенности процесса резания). В соответствии с этим принципом

все виды обработки резанием разделяют на пять групп: точение

сверление, фрезерование, шлифование и строгание. Процесс об-

работки в этих группах происходит при различном сочетании дви-

жений детали и заготовки.

Для осуществления процесса обработки режущему инструмен-

ту и заготовке необходимо сообщить движения относительно друг

друга, которые подразделяются на основные, установочные и вспо-

могательные.

Движения, при которых с заготовки срезается припуск или

изменяется состояние обработанной поверхности, называются

основными или движениями резания. Основных движений два: глав-

ное движение и движение подачи.

Отличительным признаком каждой группы являются вид и

направление главного движения или движения резания, в про-

цессе которого происходит срезание припуска.

Главное движение, определяющее скорость резания, является

либо вращательным, либо прямолинейным. Главное движение

сообщается заготовке или режущему инструменту, а в ряде случа-

ев одновременно заготовке и режущему инструменту. Главное дви-

жение определяет скорость отделения стружки. Скорость главного

движения резания (рабочего движения) и подача обозначаются

соответственно v и s.

Движения, определяющие величину срезаемого слоя, являют-

ся движениями подачи. Движение подачи обеспечивает возможность

непрерывного врезания режущего инструмента в новые слои ме-

талла и снятия стружки со всей обрабатываемой поверхности. Су-

ществуют следующие виды подачи: продольная (s

), поперечная

), круговая (s

) и другие — окружная, тангенциальная. Основ-

ные виды обработки металлов резанием показаны на рис. 6.1.

При точении (рис. 6.1, а) заготовка совершает вращательное

движение (движение резания — Д), а режущий инструмент (ре-

зец) — поступательное вдоль оси заготовки (движение подачи —

Д). При точении как наружных, так и внутренних поверхностей

вращения главным движением является вращение вокруг оси де-

тали.

При сверлении (рис. 6.1, б) в большинстве случаев режущему

инструменту (сверлу) сообщаются одновременно два движения:

270

вращательное (движение резания — Д.), которое является глав-

ным движением, и прямолинейное поступательное (движение

подачи — Д.); при этом заготовка в процессе резания остается

неподвижной.

При фрезеровании (рис. 6.1, в) режущий инструмент (фреза)

получает вращательное движение Д., которое является главным

(движение резания), а заготовка — поступательное перпендику-

лярно оси вращения инструмента Д (движение подачи).

При шлифовании (рис. 6.1, г) режущий инструмент (шлифо-

вальный круг) получает вращательное движение Д (движение

резания), а заготовка — прямолинейное движение подачи Д и

круговое движение подачи D'

(при шлифовании цилиндрических

поверхностей) и прямолинейную подачу Д (при шлифовании

плоскостей). Методы шлифования характеризуются специфичес-

кими особенностями работы абразивного инструмента.

При строгании на поперечно-строгальных станках (рис. 6.1, д)

Движение прямолинейное возвратно-поступательное (движение

Резания Д) сообщается резцу, а движение подачи Д — заготов-

ке. При работе на продольно-строгальных станках движение ре-

зания сообщается обрабатываемой детали, а движение подачи —

Резцу.

271

Методы точения характеризуются непрерывностью процесс

резания при обработке поверхностей. Методу фрезерования ха-

рактерна прерывистость процесса резания и образования струж-

ки, толщина которой меняется от нуля до некоторой максималь

ной величины, и наоборот.

Строгание — промежуточный процесс между точением и фре-

зерованием. Его можно рассматривать как частный случай точе-

ния с постоянной толщиной среза, но с перерывами в работе при

обработке поверхностей вращения и плоскостей, когда главное

движение направлено вдоль образующей к обрабатываемой по-

верхности.

Строгание можно рассматривать и как частный случай фрезе-

рования при обработке поверхностей вращения и винтовых по-

верхностей, когда главное движение направлено по касательной

к обрабатываемой поверхности.

В зависимости от характера выполняемых работ и вида приме-

няемого режущего инструмента главное движение и движение

подачи определяют методы обработки заготовок и вместе с ними

группы применяемых металлорежущих станков.

Из рассмотренных основных видов обработки металлов реза-

нием следует, что при работе любого металлорежущего станка

необходимо иметь два основных вида движения: главное движе-

ние (резания) и движение подачи. Кроме этих движений, также

необходимы дополнительные движения: установочные и вспомо-

гательные.

Прежде чем приступить к срезанию припуска с заготовки, не-

обходимо установить режущий инструмент и заготовку в опреде-

ленном взаимном положении. Те движения, которые необходимо

для этого выполнить, называются установочными.

Для обеспечения процесса обработки необходимо также за-

креплять и раскреплять заготовки и инструменты, включать и вы-

ключать станок, измерять детали и т.д. Такие движения называ-

ются вспомогательными.

6.1.2. Способы образования поверхности детали

Пространственную форму детали определяет сочетание различ-

ных поверхностей. Для облегчения обработки заготовки конструк-

тор стремится использовать простые геометрические поверхно-

сти: плоские, цилиндрические, конические, шаровые, торовые и

т.д. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность

последовательных положений следов одной производящей линии»

называемой образующей, движущейся по другой производящей

линии, называемой направляющей. Например, для образования

круговой цилиндрической поверхности прямую линию (образую-

щую) перемещают по окружности (направляющей).

272

При обработке поверхностей на металлорежущих станках об-

разующие и направляющие линии в большинстве случаев отсут-

ствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и

инструмента, скорости которых согласованы между собой. Эти

движения как бы воспроизводят образующую и направляющую

линии, совокупность последовательных положений (следов) ко-

торых и предопределяет геометрическую поверхность.

На рис. 6.2 показаны основные методы формообразования по-

верхностей при обработке резанием.

Метод следов (рис. 6.2, а) характеризуется использованием для

формообразования главного движения резания D

и продольной

подачи S

пр

. Образующей линией 1 является траектория движения

точки (вершины) резца, а траектория движения точки заготов-

ки — направляющей линией 2.

При методе касания (рис. 6.2, б) функции формообразующего

выполняет продольная подача S

пр

. Образующей линией /является

режущее лезвие инструмента, а направляющей линией 2 — каса-

тельная к геометрическим вспомогательным линиям, представля-

ющим траектории движения точек режущего инструмента.

При методе копирования (рис. 6.2, в) главное движение Dr яв-

ляется формообразующим. Образующей линией 1 является режу-

щая кромка инструмента, направляющая линия 2 воспроизводит-

ся вращением заготовки.

273

Согласование продольной и круговой подач (S

пр

и s

) при ме-

тоде обкатки (огибания) дает возможность получить образующую

линию 1 (рис. 6.2, г) как огибающую кривую к ряду последова-

тельных положений режущей кромки инструмента относительно

заготовки. Направляющая линия 2 воспроизводится вращением

заготовки.

Скорости движений согласуют таким образом, чтобы за время

прохождения круглым резцом расстояния /он делал один полный

оборот относительно своей оси вращения.

6.2. Процесс механической обработки металлов

6.2.1. Основные параметры резания металлов

В процессе механической обработки заготовки на ней различа-

ют обрабатываемую поверхность / (рис. 6.3), с которой срезается

слой материала, и обработанную поверхность 3, с которой слой

металла уже срезан.

Поверхность резания 2, образуемая режущей кромкой инстру-

мента, является переходной между обрабатываемой и обработан-

ной поверхностями заготовки.

Излишек материала tmax, определяемый разностью диаметров

(Д

аг

- d)/2 и оставляемый на заготовке, называют припуском на

обработку. Он подлежит срезанию в процессе механической обра-

ботки для получения необходимой формы, размеров и шерохова-

тости поверхности готовой детали. Для снятия припуска назнача-

ют режимы резания, которые определяют скорость главного дви-

жения резания, подачу и глубину резания.

Скоростью главного движения резания v называют расстояние,

пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно

заготовки в единицу времени. При точении (главное движение ре-

зания — вращательное), скорость главного движения резания v

(м/с):

где Dзаг - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности за-

готовки, мм; п — частота вращения заготовки, мин"

Если главное движение возвратно-поступательное, а скорости

рабочего и вспомогательного ходов различны, то скорость v (м/с):

где L — расчетная длина хода инструмента, мм; т — число двой-

ных ходов инструмента в минуту; к — коэффициент, показываю-

щий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов.

Подачей называют путь, пройденный точкой режущей кромки

инструмента относительно заготовки в направлении движения

подачи за один ход (оборот) заготовки или инструмента. Подача

обозначается буквой s и в зависимости от технологического мето-

да обработки заготовки измеряется в миллиметрах на оборот —

для точения и сверления; миллиметрах на двойной ход — для стро-

гания и шлифования.

Подача может быть продольной, направленной вдоль оси обра-

батываемой заготовки (s

); поперечной — поперек этой оси (s

);

наклонной — под углом к оси (s

); круговой — по окружности обра-

батываемой заготовки (s

) и др.

Глубиной резания t (мм) называют толщину слоя металла, сни-

маемого с заготовки за один проход режущего инструмента или

заготовки и измеряемого в перпендикулярном обрабатываемой

поверхности направлении.

При точении цилиндрической поверхности глубина резания

(см. рис. 6.3) определяется как полуразность диаметров между об-

рабатываемой (Dзаг) и обработанной (d) поверхностями заготов-

ки за один проход резца (мм):

Поперечное сечение срезаемого слоя за один оборот заготовки

представляет собой параллелограмм ACDE. На этом рисунке показа-

ны два последовательных положения резца относительно заготовки

за время одного полного оборота с подачей на один оборот s

. Пло-

щадь сечения срезаемого слоя называется номинальной площадью

(мм

) и для резцов с прямолинейной режущей кромкой:

Резание осуществляется\в результате двух движений, поэтому

траекторией движения вершины резца относительно заготовки

\ 275

будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встре-

тится с этой образующей цилиндрической поверхности только

точке Е. Следовательно, не вся площадь среза будет срезана с

заготовки, а только ее часть, и на обработанной поверхности ос-

танутся микронеровности. Остаточное сечение площади срезае-

мого слоя материала образует на обработанной поверх-

ности микровыступы и микровпадины, характеризующие шеро-

ховатость ее поверхности.

Шероховатость поверхности — одна из характеристик качества

поверхностного слоя заготовки, представляющая собой совокуп-

ность неровностей, образующих рельеф поверхности и рассмат-

риваемых в пределах определенного участка поверхности.

Шероховатость поверхности (ГОСТ 2789—73) характеризуется

средним арифметическим отклонением профиля обработанной

поверхности Ra (мкм) в пределах определенной базовой длины и

высотой неровностей профиля по 10 точкам — (мкм). Допусти-

мое значение шероховатости обработанной поверхности детали ука-

зывается на ее чертеже условными обозначениями.

Чаще применяются следующие интервалы значений параметра

Ra для различных методов обработки: для черновой обработки

100... 12,5 мкм; для чистовой обработки 6,3...0,32 мкм; для отде-

лочной и доводочной операций 0,2...0,012 мкм.

Предпочтительными значениями параметра являются 400; 100;

50; 25; 12,5; 6,3; 3,2; 1,6; 0,8; 0,2; 0,1; 0,05; 0,025 мкм. Наиболее

применяемый интервал значений параметра от 0,1 до 0,025 мкм.

На величину шероховатости поверхности, обработанной реза-

нием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с

условиями изготовления детали, в том числе режим резания, гео-

метрия режущего инструмента, вибрация, физико-механические

свойства материала заготовки и др.

Под точностью обработки понимают отклонение истинных раз-

меров обработанной поверхности детали от номинальных, указан-

ных в чертеже. Она определяется допуском на размер обрабатывае-

мой поверхности, определяемой разностью двух предельных раз-

меров (наибольшего и наименьшего), т.е. предельными допусти-

мыми размерами. В настоящее время, согласно ГОСТ 25347—82,

все номинальные размеры разбиты на три интервала: менее 1 мм,

от 1 до 500 мм и от 500 до 3 150 мм. Для каждого интервала даны

свои таблицы полей допусков. Стандартом также установлено

20 квалитетов точности, каждый из которых имеет поля допус-

ков, обозначаемые буквами латинского алфавита и цифрой.

Посадка двух сопрягаемых деталей обозначается номинальным

размером, общим для соединяемых элементов (отверстия и вала)

и дробью, в числителе которой обозначается поле допуска отвер-

стия, а в знаменателе — поле допуска вала. В обозначении поля

допуска отверстия указываются буква латинского алфавита и цифра.

' 276

Например, для отверстия — , для вала — и т. д. Иног-

да в конце обозначения в скобках ставят предельные отклонения

указанного размера, например,

Посадка выполняется в системе отверстия либо в системе вала.

В системе отверстия в числителе всегда стоит буква Н (от Н4 до

Н12)- Отклонения для отверстий приводятся со знаком «+». В сис-

теме вала в знаменателе всегда стоит буква h (от h4 до hl2). От-

клонения для размеров в системе вала приводятся со знаком «-».

Пример обозначения посадки в системе отверстия: , в

системе вала: Для несопрягаемых размеров отверстий и

валов принимают 13—19-й квалитеты.

Штучное время (затрачиваемое на изготовление одной детали)

складывается из машинного (основного) и вспомогательного вре-

мени, а также из времени, необходимого на организационное и

техническое обслуживание рабочего места и станка, а также на

отдых рабочего.

Машинным или основным называют время, затрачиваемое не-

посредственно на процесс резания металла. Например, основное

(машинное) время Т

(мин) при токарной обработке цилиндри-

ческой поверхности определяется из расчета длины пути резания

резца:

где - путь режущего инструмента относительно заго-

товки в направлении подачи, мм; 1

— длина обработанной по-

верхности, мм; — суммарная величина врезания и выхо-

да (перебега) резца, мм; / — число рабочих проходов резца, необ-

ходимое для снятия материала, оставленного на обработку; п —

частота вращения заготовки, мин"

; s

— продольная подача, мм.

Длина врезания U резца зависит от глубины резания t и главно-

го угла резца в плане

Перебег резца /

необходим для предотвращения образования

заусенца в конце обработки, и в зависимости от диаметра обраба-

тываемой детали он принимается равным 1...3 мм.

Штучное время (на обработку одной детали) определяют по

формуле

где Т

— вспомогательное время; Т

обсл

— время на техническое

обслуживание станка и организационные вопросы (смазка стан-

ка, удаление стружки, регулировка и подналадка станка, получе-

ние чертежа обрабатываемой детали и т.д.); Т

отд

— время переры-

вов на отдых и личные надобности рабочего.

Зная штучное время, можно определить производительность

станка — число деталей, изготовляемых в единицу времени. Ча-

совая производительность станка А (шт./ч) определяется по фор-

муле

Из формулы видно, что производительность станка можно уве-

личить за счет уменьшения машинного и вспомогательного вре-

мени, а также времени на обслуживание рабочего места и станка

Машинное время можно существенно сократить, воспользо-

вавшись прогрессивными методами обработки и применением

высокопроизводительного оборудования.

6.2.2. Геометрические параметры режущего инструмента

Работа любого режущего инструмента основана на действии

клина, который внедряется в тело заготовки и последовательно

скалывает (срезает) заданные участки припуска. В зависимости от

схемы обработки (точение, сверление, фрезерование и др.) ре-

жущие инструменты будут значительно отличаться по конструк-

ции, однако правила формирования их режущих элементов явля-

ются практически одинаковыми. Поэтому изучение геометричес-

ких параметров режущих инструментов удобно рассматривать на

примере наиболее простого по конструкции токарного прямого

проходного резца.

Резец состоит из стержня I (рис. 6.4), с помощью которого он

устанавливается и закрепляется на станке, и головки II, несущей

режущую часть резца. На режущей части, которая может быть са-

мостоятельным телом (пластинкой), выделяют шесть элементов

(поверхностей, линий, точек).

По передней поверхности / сходит стружка. Поверхности, на-

зываемые задними, обращены: главная 5 к поверхности резания,

вспомогательная 4 к обработанной поверхности. Главная 6 и вспо-

могательная 3 режущие кромки являются линиями пересечения

соответственно передней поверхности / с главной 5 и вспомога-

тельной 4 задними поверхностями. Пересечение кромок образует

вершину резца 2, которая может быть острой или закругленной.

Расположение поверхностей режущей части инструмента оказы-

вает большое влияние на процесс резания, качество обработан-

ной поверхности и срок службы инструмента.

Для определения углов резца исходными служат координатные

плоскости обрабатываемой заготовки (рис. 6.5): плоскость резания

и основная плоскость. Плоскость резания 1 является касательной

к поверхности резания и проходящая через главную режущую

кромку резца; основная плоскость 2 параллельна направлениям

продольной и поперечной подачи.

Резец имеет главные, вспомогательные углы и углы в плане

(рис. 6.6). Все эти углы называют углами заточки.

Если провести главную секущую плоскость N—N (см. рис. 6.6)

перпендикулярно к проекции главной режущей кромки на основ-

ную плоскость, то можно увидеть в ней главный задний угол

главный передний угол , угол заострения и угол резания ~

Главный задний угол а образуется главной задней поверхностью

и плоскостью резания, величина этого угла может быть от 6 до 12°

Главный передний угол образуется пересечением передней по-

верхности резца и дополнительной плоскости, перпендикуляр-

ной плоскости резания, проведенной через главную режущую

кромку. Главный передний угол может быть положительным и

отрицательным (от -10 до +20°) в зависимости от механических

свойств обрабатываемого материала, материала резца и формы

передней поверхности.

Если провести вспомогательную секущую плоскость N1-N1

перпендикулярно к проекции вспомогательной режущей кром-

ки на основную плоскость, то получится вспомогательный задний

угол . Его образуют вспомогательная задняя поверхность резца и

плоскость, проходящая через вспомогательную режущую кромку

перпендикулярно основной плоскости. Величина этого угла, как

правило, от 8 до 10°.

К углам резца в плане относят главный угол , вспомогатель-

ный угол и угол при вершине е. Эти углы влияют на стойкость

резца и скорость резания.

Главный угол в плане — угол между проекцией главной режу-

щей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Угол

изменяется в пределах от 30 до 90° в зависимости от вида обработ-

ки, типа резца, твердости обрабатываемой детали и резца и дру-

гих факторов.

Вспомогательным углом в плане называют угол между про-

екцией вспомогательной режущей кромки на основную плос-

кость и направлением подачи. Величина этого угла может быть от

10 до 15°.

Угол при вершине в плане образуется проекциями главной и

вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. Чем

больше этот угол, тем больше стойкость резца. Угол находят из

соотношения

Угол наклона главной режущей кромки резца (рис. 6.7) обра-

зован главной режущей кромкой и плоскостью, проведенной па-

раллельно основной плоскости через вершину резца. Угол счита-

ется положительным, если вершина резца является самой низкой

точкой режущей кромки (рис. 6.7, а), отрицательным (рис. 6.7, б),

когда вершина резца — наивысшая точка режущей кромки, и рав-

ным нулю, если режущая кромка параллельна основной плоско-

сти (рис. 6.7, в).

280

Угол определяет направление схода стружки. При нулевом

или положительном значении угла , стружка сходит в направле-

нии, обратном подаче. При положительном значении угла , го-

ловка резца имеет наибольшие прочностные характеристики, что

обусловливает применение такой заточки для черновых резцов,

при работе которых не предъявляется высоких требований к каче-

ству обработанной поверхности.

У резцов с отрицательным значением угла стружка сходит в

направлении подачи, т.е. опережает резец. Вершина такого резца

острая и имеет более низкие прочностные характеристики. Поэто-

му эти резцы применяют для чистовой обработки, при которой

образуется стружка малого сечения и предъявляются высокие тре-

бования к качеству обработанной поверхности. Величина угла

выбирается в диапазоне от -5 до +5°.

6.2.3. Физическая сущность процесса резания

Резание металлов — сложный процесс взаимодействия инстру-

мента и заготовки, сопровождающийся определенными физи-

ческими явлениями, в том числе деформированием срезаемого

слоя металла.

При внедрении в обрабатываемый материал режущей части

Инструмента впереди нее возникает упруго- и пластически де-

формированный объем металла — зона опережающей деформации

Или зона стружкообразования которая охватывает как срезаемый

cлой, так и часть металла под обработанной поверхностью.

281

Безпалько В.И. Технология конструкционных и трубопроводо-строительных материалов

Подождите немного. Документ загружается.