Резания

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ, ИНСТРУМЕНТОВ И РЕЖИМОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Выбор оборудования. Металлорежущие станки в зависимости от вида обработки делятся на 10 групп. Каждая группа подразделяется на 10 типов, а каждый тип – на 10 типоразмеров.

Принятый технологическим процессом метод обработки в значительной степени определяет собой группу потребного оборудования, а именно: токарную, фрезерную, шлифовальную и т. д. Но группа оборудования не дает еще достаточно конкретного представления о самом станке, так как в пределы, например, группы токарных станков входят различные автоматы и полуавтоматы, станки револьверные, карусельные, токарные и лобовые, многорезцовые и специализированные.

В основу деления типов металлорежущих станков на типоразмеры принимается основной параметр станка: в токарных станках – наибольший размер обрабатываемой заготовки над станиной, в сверлильных – наибольший диаметр сверления в сплошном материале средней твердости, в продольно-фрезерных и консольно-фрезерных – размеры столов и т. д.

По классификации ЭНИМС, все серийно выпускаемые станки получают условное обозначение – шифр (номер), который состоит из 3 – 4 цифр и букв, причем буквы могут стоять после первой цифры или в конце номера. Первая цифра номера показывает группу, к которой относится данный станок. Вторая цифра указывает на тип станка в данной группе. Третья или третья и четвертая цифры совместно указывают условный размер станка. Так, например, для токарных станков эти цифры показывают высоту центров в сантиметрах или дециметрах (1620, 1616, 1670); для токарно-револьверных станков и автоматов – максимальный диаметр обрабатываемых прутков в миллиметрах (1336, 1125, 1265); для сверлильных станков – максимальный диаметр сверления (2А125, 2А135, 2150). Для консольно- фрезерных станков эта цифра условно показывает размер стола, цифра 0 соответствует размерам стола 200 × 800 мм, цифра 1 – размерам стола 250 × 1000 мм и т. д. Для того чтобы отличить конструктивное исполнение станков одного и того же размера, но с различной технической характеристикой, между первой и второй цифрами вводится буква. Например, все станки моделей 162, 1А62, 1Б62, 1К62 являются токарными станками с высотой центров, равной 200 мм. Однако модель 162 имеет максимальное число оборотов в минуту 600, модель 1А62 – 1200, 1Б62 – 1500 и 1К62 – 2000 оборотов в минуту.

Буквы, расположенные в конце номера, означают выпуск станков различных модификаций одной и той же базовой модели. Наиболее полные сведения о станках приведены з их паспортах. Выбор оборудования – одна из наиболее важных и сложных задач при разработке технологического процесса механической обработки.

При выборе оборудования необходимо руководствоваться следующими основными соображениями:

1) станок должен обеспечить требуемые точность обработки и качество поверхности;

2) производительность станка должна соответствовать заданной производственной программе выпуска деталей;

3) мощность и жесткость станка должны обеспечить обработку твердосплавными режущими инструментами на оптимальных режимах резания;

4) станок должен обеспечить удобство обработки (удобство управления, удаления стружки и т. д.); обслуживание станка не должно быть связано с выполнением тяжелых и трудоемких ручных работ;

5) размеры рабочей зоны станка должны соответствовать размерам обрабатываемой детали.

Классификация станков по технологическим признакам предложена проф. А. И. Кашириным. Станки делятся по этой классификации на следующие виды: широкого или общего назначения – универсальные, высокой производительности, специализированные, специальные.

Станки широкого или общего назначения универсальные, применяются в единичном и мелкосерийном производстве для выполнения разнообразной обработки.

Станки высокой производительности лучше всего подходят для крупносерийного и массового производства. Эти станки имеют достаточную мощность для обработки деталей на более высоких режимах резания. К станкам этого вида относятся токарно-многорезцовые, круглошлифовальные, работающие по методу поперечной подачи, бесцентрово-шлифовальные, некоторые продольно-фрезерные, токарные автоматы и полуавтоматы.

К специализированным станкам относят такие, которые путем конструктивных

изменений станков высокой производительности приспособлены к выполнению только одной определенной операции по обработке определенной детали. К специализированным станкам относятся также агрегатные станки.

Специальные станки проектируют и изготовляют по особому заказу и предназначают их для выполнения конкретной операции. Такие станки находят ограниченное применение в условиях массового производства.

Автоматические станочные линии – это группа автоматических станков, установленных один за другим в порядке выполнения технологического процесса и связанных между собой автоматическими транспортирующими устройствами прерывного действия.

Выбор режущего инструмента. Тип и размеры режущего инструмента для выполнения заданной операции зависят от способа обработки, размеров обрабатываемых поверхностей и от требований, предъявляемых к точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Для изготовления режущих инструментов применяют большое количество марок инструментальных сталей, металлокерамические твердые сплавы, минералокерамические пластинки и алмазы.

Основной группой материалов для режущих инструментов являются инструментальные стали – углеродистые, легированные и быстрорежущие.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435-54) имеют высокую твердость (HRC 62 – 63), прочность, износоустойчивость и низкую твердость в отожженном состоянии (НВ 187 – 217). К недостаткам углеродистых сталей надо отнести склонность их к образованию трещин и значительной деформации при термической обработке и низкую теплостойкость (Т = 200 – 250°С).

Из углеродистых сталей марок У10А, У11, УНА, У12 и У12А изготовляют сверла малого диаметра, метчики, развертки, плашки и фрезы небольших диаметров. Из сталей марок У13 и У13А выпускают резцы, шаберы, напильники и зубила для насечки напильников.

Легированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-63) обладают по сравнению с углеродистыми повышенной вязкостью в закаленном состоянии, более глубокой прокаливаемостью, меньшей склонностью к деформациям и трещинам при термической обработке.

Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеродистых инструментальных сталей, потому что они также имеют низкую теплостойкость (T = 200 – 250°С).

Незначительная деформация закаливаемых в масле тегированных сталей особенно ценна при изготовлении фасонного и длинного инструмента. Из легированных сталей марок В1 и 9ХС изготовляют сверла, метчики, развертки, фрезы, плашки и X – токарные, строгальные и долбежные резцы; из сталей марок ХВГ и ХВСГ – протяжки, длинные развертки, фрезы и плашки; из стали марки 11Х — метчики и другие режущие инструменты диаметром до 30 мм.

Быстрорежущие стали (ГОСТ 9373-60) имеют высокую твердость, прочность и износостойкость и сохраняют эти свойства при температурах до 600 – 700°С. Быстрорежущие стали делятся на стали нормальной теплостойкости (Р18, Р12, Р9, Р6МЗ) и на стали повышенной теплостойкости (Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18Ф2К5, Р9К5, Р9КЮ, Р10Ф5К5 и др.).

Для обработки конструкционных сталей с твердостью до 220 – 230 НВ и чугунов используют стали нормальной теплостойкости. Для работы с большими подачами или динамическими нагрузками (например, для долбяков) нужны стали нормальной теплостойкости, но большой прочности (Р12 и Р6МЗ).

При обработке более прочных и улучшенных конструкционных сталей необходимы стали с повышенной теплостойкостью – ванадиевые марок Р18Ф2, Р12ФЗ. Для инструментов, от которых требуется высокая твердость (например, инструменты для автоматических линий), нужны ванадиевые стали с повышенной теплостойкостью – Р14Ф4 и Р12ФЗ и лишь для очень тяжелых режимов резания — кобальтовые – Р18Ф2К5, Р9К5 и Р9КДО.

В настоящее время почти все режущие инструменты оснащаются металлокерамическими твердыми сплавами. ГОСТ 3882-67 устанавливает марки твердых сплавов по следующим группам:

а) вольфрамовые твердые сплавы (ВК), структура которых состоит из зерен карбида и вольфрама, сцементированных кобальтом. В эту группу входят следующие марки твердых сплавов: ВК2, ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВКЮ, ВК15, ВК20 и ВК25;

б) титано-вольфрамовые твердые сплавы (ТК), структура которых состоит из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, сцементированных кобальтом. В эту группу входят следующие марки твердых сплавов: ТЗОК4, TJ5K6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В;

в) титано-тантало-вольфрамовые твердые сплавы (ТТК), структура которых состоит из зерен твердого раствора (карбид титана – карбид тантала – карбид вольфрама) и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В эту группу входят следующие марки твердых сплавов: ТТ7К12 и ТТ10К8Б.

Твердые сплавы группы ВК предназначены для обработки чугунов, цветных сплавов и неметаллических материалов. Твердые сплавы марок ВК2, ВКЗМ и ВК6М предназначены для чистовой и получистовой обработки, a ВК6 и ВК8 – для черновой обработки.

Твердые сплавы группы ТК используются для обработки сталей. Твердый сплав марки ТЗОК4 предназначен для чистовой обработки, Т15К6 – для получистовой, а Т14К8, Т5К10 и Т15К12В – для черновой обработки.

Рис. 18 Неперетачиваемые многогранные пластинки

Твердые сплавы группы ТТК применяют для тяжелой черновой обработки поковок, штамповок и отливок по корке на низких скоростях резания и для черновой обработки труднообрабатываемых материалов, включая жаропрочные стали и сплавы.

Московский комбинат твердых сплавов изготовляет в большом количестве многогранные пластинки (рис. 18), которые успешно применяются для оснащения резцов и фрез. Многогранные пластинки после спекания имеют достаточно правильную геометрическую форму и шероховатость рабочих поверхностей в пределах R _a2,5 – R _a0,8. Поэтому можно ограничиться только доводкой фасок по периметру со стороны передней поверхности пластинки и доводкой опорных плоскостей пластинок.

Кроме многогранных пластинок комбинат твердых сплавов изготовляет цельнотвердосплавные фрезы диаметром от 20 до 60 мм, машинные развертки диаметром от 6 до 12 мм, ручные метчики диаметром от 2,45 до 10,5 мм, спиральные сверла диаметром от 1,8 до 5,2 мм, конические и цилиндрические борфрезы диаметром от 8 до 32 мм.

Для оснащения резцов и торцовых фрез при чистовой обработке сталей, чугунов и цветных сплавов применяют минералокерамические пластинки марки ЦМ-332. Для тонкого точения и растачивания деталей из цветных сплавов и неметаллических материалов применяют алмазные резцы.

Назначение рационального режима резания. При назначении режима резания необходимо исходить из наивыгоднейшего сочетания отдельных факторов, оказывающих влияние на точность и качество обработанных поверхностей. Кроме того, рациональный режим резания должен обеспечить наименьшую трудоемкость выполнения операций при высокой производительности и наиболее полном использовании режущих свойств инструмента, а также эксплуатационных возможностей станка.

При работе резцами рациональный режим резания обеспечивается наивыгоднейшим сочетанием глубины резания, подачи и скорости резания; при сверлении – подачи и скорости резания; при рассверливании, зенкеровании и развертывании – глубины резания, подачи и скорости резания.

В зависимости от величины припуска на обработку вначале находят глубину резания. Небольшое влияние глубины резания на стойкость инструмента и скорость резания позволяет при черновой обработке назначать, возможно, большую глубину резания, обеспечивающую снятие части припуска за один проход. При шероховатости

поверхности, соответствующей R _a5,0 – R _a3,2, глубина резания назначается в зависимости от класса точности в пределах от 0,5 до 1,5 – 2,0 мм, а при R _a2,5 – R _a0,8 – от 0,1 до 0,3 – 0,4 мм.

Так как подача оказывает меньшее влияние на стойкость инструмента, чем скорость резания, то подачу следует назначать после выбора глубины резания.

При черновой обработке необходимо назначать, возможно, большие подачи, допускаемые прочностью и жесткостью элементов технологической системы и мощностью станка. При чистовой обработке подача выбирается в зависимости от класса точности и шероховатости обработанной поверхности.

При черновом фрезеровании подача на зуб выбирается так же, как и при точении. При чистовом фрезеровании основной подачей, характеризующей шероховатость поверхности, является подача на один оборот фрезы.

При сверлении и рассверливании чугуна, а также при рассверливании стали и стального литья подачи назначаются с учетом прочности пластинок твердого сплава и прочности их крепления, связанной с высокой температурой резания, при которой прочность припоя уменьшается; твердости обрабатываемого материала; точности и шероховатости поверхности; прочности и жесткости элементов технологической системы и мощности станка.

При черновом зенкеровании и наличии большого припуска на обработку подачи назначаются с учетом тех же факторов, что и при сверлении, а при чистовом зенкеровании с малым припуском и при развертывании подачи назначаются с учетом требований, предъявляемых к точности и шероховатости обработанной поверхности.

В последнюю очередь выбирают скорость резания, ориентируясь обычно на экономическую стойкость режущего инструмента. Средние значения периодов стойкости приводятся в таблицах нормативов. В зависимости от ранее выбранных элементов режима резания определяется скорость резания по следующей формуле:

где v _T – скорость резания при выбранном периоде стойкости, в м/мин; t – глубина резания, в мм; S – подача, в об/мин.; x_v и y_v – показатели степени соответственно при глубине резания и подаче; Сv – постоянная величина, зависящая от материала инструмента, обрабатываемого материала, вида обработки и др. При выборе другого периода стойкости T ₁ отличного от Т, скорость резания v _T может быть пересчитана по такому уравнению:

где m – показатель относительной стойкости, равный 0,1—0,3.

По выбранной скорости резания определяется расчетное число оборотов в минуту:

Расчетное число оборотов или двойных ходов согласовывают с паспортом или расчетное число двойных ходов в минуту станка, выбирая ближайшее меньшее.

Назначение рационального режима резания при многоинструментальной обработке сложнее, чем при одноинструментальной. Так как при многоинструментальной обработке невозможно установить каждому инструменту свой, отличный от других, элемент режима резания, то его устанавливают по лимитирующему инструменту, т. е. по тому, стойкость которого будет наименьшей.

Принципы назначения режима резания остаются такими же, как и для одноинструментальной обработки.

Дата добавления: 2014-01-04