50

Технология обработки металлов (механичесая)

Курс лекций

Разработал:

ст. преподаватель кафедры МТО

УО МГПУ им. И.П.Шамякина

Гладкий С.Н.

Мозырь 2004

Литература

1. Антонов Л.П., Моргулис П.С., Рузаков В.А. Практикум в учебных мастерских. М., 1976

2. Муравьев Е.М. и др. Практикум в учебных мастерских.

3. Роман О.В. Обработка металлов резанием и станки. Мн., 1970

4. Денежный П.М. и др. Токарное дело. М.,1979.

5. Оглоблин А.Н. Основы токарного дела. Л., 1974

6. Фещенко В.Н., Махмутов Р.Х. Токарная обработка. – М., 1984

Лекция 1-2 (4 часа)

1. Основы процесса резания металлов на станках

План

1. Сущность токарной обработки металлов

2. Физические основы процесса резания

3. Режимы резания при токарной обработке металлов

1.1. Сущность токарной обработки металлов

Токарная обработка является наиболее распространенным мето­дом обработки резанием и применя­ется при изготовлении деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, вту­лок, гаек, муфт и др.).

В машиностроении большинство деталей получают окончательные формы и размеры в результате ме­ханической обработки заготовки ре­занием, которое осуществляется пу­тем последовательного удаления режущим инструментом (например, резцом) тонких слоев материала (в виде стружки) с поверхностей заго­товки.

Основным элементом режущего инструмента, отделяющего стружку от заготовки, является заостренный клин.

Процесс резания на токарных станках осуществляется при враща­тельном главном движении, сообщаемом обрабатываемой заго­товке, и при прямолинейном (по­ступательном) движении по­дачи, сообщаемом резцу. Различа­ют также вспомогательные движения, которые обеспечивают транспор­тирование и закрепление заготовки на станке, включение станка, изме­нение частоты вращения заго­товки и др.

1.2. Физические основы процесса резания

Обрабатываемость материалов характеризуется сопротивлением ре­занию и качеством обрабатываемой поверхности. Обрабатываемость ме­талла зависит от его химического состава, структуры, механических и физических свойств. При черновой обработке основным критерием об­рабатываемости является стойкость инструмента при соответствующей скорости и силе резания, а при чисто­вой обработке основными критерия­ми обрабатываемости являются ше­роховатость поверхности, точность обработки и стойкость инструмента.

Методы определения обрабаты­ваемости металлов основаны на оп­ределении изменения стойкости ре­жущего инструмента.

Наиболее часто применяют так называемый «классический метод», при котором режущий инструмент испытывают на разных скоростях резания, доводят до определенного затупления и получают соответствующий период Т стойкое) и резца (в мин). При этом глубина резания и подача могут изменяться. Клас­сический метод дает достаточно точ­ные результаты, но требует значи­тельных затрат времени и металла. Более экономичными являются ус­коренные методы: точение по торцу, тепловой, радиационный и другие, однако их недостатком является меньшая точность. Токарной обра­ботке подвергают чугуны, стали, цветные металлы и сплавы, пласт­массы.

Чугуном называется сплав железа, углерода, кремния, марганца и других веществ, причем содержа­ние углерода составляет 2,14 4,5%. Различают серый, высокопрочный и ковкий чугун.

Серый чугун маркируют бук­вами СЧ, обозначающими его на­звание, и двумя цифрами, обозна­чающими предел прочности при рас­тяжении. Например, СЧ 18 — серый чугун, предел прочности при растя­жении 180 МПа.

По механическим свойствам се­рые чугуны делят на чугуны малой (СЧ 00—СЧ 18) и повышенной (СЧ 20—СЧ 45) прочности. Для изготовления деталей машин чаще применяют чугун марок СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 и реже — чугун марок СЧ 35, СЧ 40. Твердость серого чугуна НВ 163—269.

Высокопрочный чугун по­лучают введением в жидкий серый чугун магния (0,3—1%) или его сплава с никелем, медью, алюми­нием или кремнием. Высокопрочный чугун маркируют буквами 'ВЧ, обо­значающими его название, и двумя группами цифр, из которых первая обозначает предел прочности при растяжении, а вторая — относитель­ное удлинение. Например, ВЧ 45-5 — высокопрочный чугун, предел проч­ности при растяжении 450 МПа, относительное удлинение 5%. Твер­дость высокопрочного чугуна НВ 156-269.

Ковкий чугун отличается высокой вязкостью и маркируется буквами КЧ, обозначающими его название, и двумя группами цифр, из которых первая обозначает предел прочности при растяжении, а вто­рая относительное удлинение. На­пример, КЧ 50-4 - ковкий чугун, предел прочности при растяжении 500 МПа, относительное удлине­ние 4%.

Большое влияние на обрабаты­ваемость резанием литых заготовок из серого чугуна оказывает поверх­ностный слой металла — литейная корка, толщина которой 0,15—0,5 мм, а твердость НВ 285—321. По мере удаления от поверхности твердость чугуна снижается до НВ 187—229. Скорость резания в зоне литейной корки на 20—30% меньше по срав­нению со скоростью резания внутрен­них слоев металла. 'Высокотемпера­турный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость реза­ния в 1,5- 2 раза.

Сталью называется сплав же­леза с углеродом. Большое влияние на обрабатываемость сталей оказы­вает их химический состав. С увели­чением содержания углерода повы­шается механическая прочность ста­ли и, как следствие, возрастает ее сопротивление резанию. При обра­ботке сталей с малым содержа­нием углерода (0,1—0,25%) по­лучают большую шероховатость по­верхности.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и числами от 0 до 6 (например, сталь СтЗ). Чем больше число в обозначении марки стали, тем выше содержание углерода. Качественные углеродис­тые стали обозначают числами 08; 10; 15; 20; 25 и т. д., которые пока­зывают среднее содержание углеро­да в стали в сотых долях процента. Например, содержание углерода в стали 15 около 0,15%. Предел проч­ности (временное сопротивление разрыву) для углеродистых сталей σ_в = = 300/700 МПа, он возрастает с увеличением содержания . углерода; твердость не превышает HB 230.

Автоматные конструкци­онные стали обозначаются А12, А20, АЗО и А40г. Предел прочности этих сталей σ_в = 600/800 МПа (для холоднотянутой стали) и σ_в = = 400/700 МПа (для горячеката­ной стали); твердость НВ 160—207. Автоматные стали отличаются повы­шенным содержанием серы, поэтому они обрабатываются лучше, чем уг­леродистые стали как обыкновенного качества, так и качественные.

Легированные стали обо­значают цифрами и буквами (на­пример, 20Х, 40ХН, ЗОХГН, 20ХНЗА и т. д.). Цифры показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента, буквы — наличие легирующего элемента, цифры после букв — содержание легирующего элемента в %, буква А в конце обо­значает, что сталь высококачествен­ная. Предел прочности легирован­ных сталей σ_в = 700/1300 МПа (в зависимости от марки). Повышение содержания некоторых легирующих элементов, таких, как хром (Сr), молибден (Мо), ванадий (V), воль­фрам (W), никель (Ni), увеличивает прочность и ухудшает теплопровод­ность сталей, что приводит к ухуд­шению их обрабатываемости. Крем­ний (Si) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования силикатных абразивных включений. Стали с крупнозернистой структурой обраба­тываются режущим инструментом лучше, чем стали с мелкозернистой структурой.

В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заго­товки подвергают предварительной термической обработке. Твердость после отжига НВ 180—270, а после термической обработки HRC 42—55.

К сплавам цветных ме­таллов, наиболее часто обрабаты­ваемым на токарных станках, отно­сятся бронза, латунь и дюралюми­ний.

Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами. Бронзы обозна­чают буквами Бр, затем — началь­ными буквами основных элементов, вошедших в сплав, и цифрами, ука­зывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Например, сплав БрОЦСЗ-12-5 содержит в сред­нем 3% олова, 12% цинка, 5% свин­ца и остальное — медь. Для лучшей обрабатываемости и улучшения ан­тифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец.

Латунь — сплав меди с цин­ком. Латунь обозначают буквой Л и двузначным числом, показываю­щим среднее содержание меди в про­центах. Например, латунь Л62 содер­жит 62% меди и 38% цинка. Для лучшей обрабатываемости в латунь вводят 1—2% свинца (автоматная латунь), а для повышения прочно­сти — алюминий, никель и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц 59-1-1 содержит 59% меди, 1% же­леза, 1% марганца и 39% цинка.

Дюралюминий— сплав алю­миния с медью (4—5%), магнием (0,5%), марганцем, кремнием и же­лезом. Дюралюминий бывает следую­щих марок: Д.1, Д6, Д16 и т. д. Обозначение дюралюминия не свя­зано с его химическим составом.

Большинство пластмасс (тек­столит, волокнит, аминопласт, поли­стирол и др.) обладает низкой тепло­стойкостью и теплопроводностью, которые в 200—300 раз меньше ана­логичных параметров стали и чугуна. "В состав пластмасс входят соедине­ния, обладающие абразивными свой­ствами, что вызывает интенсивный износ резцов по задней поверхности и затупление режущих кромок.

При обработке пластмасс приме­няют резцы, аналогичные по форме и геометрическим размерам резцам для обработки металлов. Хорошо противостоят абразивному воздей­ствию пластмасс резцы, оснащенные пластинами из твердых сплавов.