умк_кириенко_1

ских линиях и др. Были созданы предпосылки для развития учения о резании металлов и превращения его в науку, для установления основных закономерностей эффективных и экономичных процессов изготовления деталей машин.

Технологический процесс механической обработки резанием – это часть производственного процесса, связанная с последовательным изменением размеров и формы заготовки до превращения ее в готовую деталь. Этот процесс состоит из ряда операций, которые могут выполняться при одной или нескольких установках детали.

Часть технологического процесса по обработке одной или нескольких деталей, выполняемого на одном рабочем месте непрерывно до перехода к обработке следующей детали, называется операцией, а часть операции, выполняемой при одном закреплении одной детали относительно станка и режущего инструмента, называется позицией. Технологическая операция механической обработки выполняется за один или несколько переходов, под которыми понимают часть операции, выполняемой на одной обрабатываемой поверхности одним и тем же режущим инструментом при данном режиме резания (например, обточка цилиндра – один переход, подрезка торца – другой и т.д.).

Различают последовательное и параллельное выполнение перехо-

дов и операций технологического процесса.

Организация работы по последовательной схеме присуща серийному производству. Параллельная схема технологического процесса обеспечивает более высокую производительность, так как обработка деталей осуществляется с одновременным выполнением ряда переходов в одной операции на многорезцовых и многошпиндельных станках, применение которых целесообразно при значительных программах выпуска изделий.

Технологический процесс механической обработки зависит от ряда факторов: формы и размеров детали, требуемой точности обработки, вида заготовок и способа их получения, программы выпуска деталей, наличного парка оборудования и др. Во всех случаях следует стремиться к нахождению оптимального варианта технологического процесса, обеспечивающего наибольшую производительность при наименьшей себестоимости обработки.

При механической обработке резанием вначале проводят черновую или обдирочную обработку, затем чистовую и в заключение – отделочную обработку, обеспечивающую нужную точность и степень шероховатости поверхности детали.

Повышение производительности при механической обработке резанием может быть достигнуто совершенствованием конструкции типовых

121

металлорежущих станков, режущего инструмента и приспособлений, а также технологического процесса обработки на типовых металлорежущих станках.

При совмещении операций (черновой и чистовой обработки одной поверхности) или видов обработки резанием (сверления и зенкерования с развертыванием, резьбонарезанием, фрезерованием и др.), выполняемых комбинированным инструментом на одной рабочей позиции станка, производительность процесса значительно выше, чем при последовательной обработке несколькими типовыми инструментами.

Совершенствование технологического процесса механической об-

работки на типовых металлорежущих станках может быть достигнуто за счет правильного выбора станка, режущего, мерительного инструмента и приспособлений; применения интенсивных режимов резания; улучшения конструкции режущего инструмента; модернизации станков и усовершенствования приспособлений; одновременной обработки несколькими инструментами; увеличения числа одновременно обрабатываемых деталей и др.

7.7.2. Качество и точность обработки резанием в машиностроении

Механизмы современных мощных и быстроходных машин работают в сложных условиях при значительных нагрузках. Это требует улучшения комплекса качественных показателей выпускаемых изделий и, прежде всего, технологического процесса их производства, обеспечивающего решающее условие качества – окончательную обработку деталей машин. Улучшение качества обработанных поверхностей и точности обработки создает реальные предпосылки для повышения эксплуатационных свойств машин, увеличения скоростей и удельных нагрузок. Известно, что окончательная обработка деталей машин достигается в большинстве случаев обработкой при помощи резания, поэтому влияние инструмента и режима резания является решающим при формировании качества обработанной поверхности.

Пути достижения требуемой точности должны решаться комплексно с учетом всех стадий технологического процесса.

Во всех случаях при решении вопросов точности в машиностроении следует учитывать сроки службы машины, затраты на ее изготовление и эксплуатацию.

В современном машиностроении для обеспечения высокого качества продукции используется взаимозаменяемость.

122

Взаимозаменяемость – свойство одних и тех же деталей, сборочных единиц или агрегатов машин, механизмов и других конструкций, позволяющее устанавливать или заменять их без дополнительной подгонки при сохранении всех требований, предъявляемых к работе сборочной единицы, агрегата и конструкции в целом. Взаимозаменяемость может быть обеспечена только при соответствующей точности геометрических параметров деталей.

Функциональная взаимозаменяемость предполагает, что основные эксплуатационные показатели деталей и сборочных единиц согласуются с назначением и условиями работы машин, в которые они входят.

Взаимозаменяемость может быть полной или неполной (частичной). Полная взаимозаменяемость распространяется на все изделия, входящие в состав машины. Тот или иной уровень взаимозаменяемости определяется эксплуатационными требованиями и условиями рационального

производства.

Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц в машиностроении имеет большое народнохозяйственное значение, что объясняется соответствием ее принципов современным условиям производства. За счет нее упрощается и ускоряется сборка изделий, облегчается автоматизация технологических процессов, внедрение в производство высокоэффективных станков и приспособлений, обеспечивается значительное снижение себестоимости и повышение качества продукции – основное и необходимое условие современного массового и серийного производства.

Даже современными, достаточно совершенными методами изготовления деталей обеспечить абсолютно точные их размеры нельзя. Основными причинами погрешностей деталей являются: неточность изготовления станков и оснастки, деформация деталей в процессе резания, неоднородность свойств обрабатываемых заготовок и колебания припусков на их размеры, неточность измерений и др. С учетом этого в существующей практике машиностроения взаимозаменяемость однотипных деталей достигается установлением допустимых отклонений (допусков) размеров деталей от номинальных. Номинальный размер служит началом отсчета отклонений и относительно него определяются предельные размеры детали.

Предельные размеры детали – это два предельных значения размера, между которыми должен находиться действительный размер годной детали. Различают наибольший и наименьший предельные размеры детали (соответственно для отверстия и вала). Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском размера.

Следовательно, допуск размера определяет степень точности, с которой должна быть обработана деталь. Сравнение действительного размера с предельным дает возможность судить о годности детали.

Отклонением размера называется алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т.д.) и соответствующим номи-

123

нальным размером. Отклонение может быть положительным (со знаком плюс), если действительный размер больше номинального, и отрицательным, если он меньше номинального. Если размер равен номинальному, его отклонение равно нулю.

Предельным отклонением называется алгебраическая разность между предельными и номинальными размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения. Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Допуск размера также может быть определен через предельные отклонения как алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.

В Республике Беларусь используется общепринятая единая система допусков и посадок (ЕСДП).

Классы (степень) точности в ЕСДП названы квалитетами. Всего предусмотрено 17 квалитетов, обозначаемых порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска: 01; 0; 1; 2; 3...17 (номера 01 и 0 соответствуют двум наиболее точным квалитетам). Допуск выражается определенным, постоянным для данного квалитета числом единиц допуска.

Следует отметить особенности допусков по ЕСДП. При данном квалитете и интервале номинальных размеров значение допуска постоянно для размеров любых элементов (валов, отверстий, уступов и др.) и в любых полях допусков. Начиная с 5-го квалитета допуски при переходе к следующему, более грубому квалитету увеличиваются на 60 %. Через каждые пять квалитетов допуски увеличиваются в 10 раз.

Поле допуска образуется сочетанием основного отклонения (характеристика расположения) и квалитета (характеристика допуска). Соответственно условное обозначение поля допуска состоит из буквы основного отклонения и числа – номера квалитета.

Машины и механизмы состоят из деталей, которые в процессе работы совершают относительные движения или находятся в относительном покое. Две детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение. Такие детали называются сопрягаемыми, а поверхности соединяемых элементов – сопрягаемыми поверхностями. Поверхности тех элементов деталей, которые не входят в соединение с другими деталями, называются несопрягаемыми. Соединения подразделяются в зависимости от геометрической формы сопрягаемых поверхностей. Соединения деталей, имеющих сопрягаемые цилиндрические поверхности с круглым поперечным сечением, называются гладкими цилиндрическими. Если сопрягаемыми поверхностями каждого элемента соединения являются две параллельные плоскости, соединение называется плоским.

124

Всоединении элементов двух деталей один из них является внутренним (охватывающим), другой – наружным (охватываемым). В системе допусков и посадок гладких соединений любой наружный элемент условно называется валом, любой внутренний – отверстием.

Разность размеров отверстия и вала до сборки определяет характер соединения деталей, или посадку. Разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала, называется зазором. Он характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения деталей. Разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия, называется натягом. Натяг характеризует степень сопротивления относительному смещению деталей в соединении.

Взависимости от относительного расположения полей допусков отверстия и вала различают посадки трех типов: с зазором, натягом и пере-

ходные.

Различные посадки могут быть осуществлены в системе отверстия или в системе вала. Система отверстия применяется чаще по технологическим и другим причинам. Основной из них является уменьшение потребностей производства в размерном (нерегулируемом) режущем инструменте для обработки отверстий (зенкерах, развертках, протяжках и др.) и другой аналогичной технологической оснастке.

Система вала применяется в конструкциях машин и механизмов, детали которых могут быть изготовлены из пруткового калиброванного материала без обработки резанием сопрягаемых поверхностей; при наличии длинных валов, когда на отдельных участках вала одного номинального размера необходимо поместить несколько деталей с различными посадками, и в некоторых других случаях.

Качество обработанных поверхностей в значительной степени оп-

ределяет качество деталей машин и механизмов и в первую очередь долговечность, стойкость к коррозии, сопротивление усталости и другие их эксплуатационные свойства. От качества обработки поверхностей зависят также износостойкость деталей, их триботехнические характеристики. Необходимо отметить, что иногда неправильно отождествляются два понятия: качество и шероховатость поверхности.

Качество поверхности детали определяется совокупностью всех служебных ее свойств, определяемых твердостью, шероховатостью, микроструктурой и другими физико-механическими свойствами поверхностного слоя металла.

Шероховатость поверхности определяется совокупностью неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности на базовой длине исследуемого участка профиля (рис. 7.10).

125

Оценка шероховатости поверхности производится по двум основным
параметрам: среднему арифметическому отклонению профиля Ra и высоте
неровностей профиля по десяти точкам Rz.
				Линия выступов
				l
	Si			Si		Si
	1max							β
		max						3
	h	2						h
		h
1	2				max		3	y3
H	H		2 max		R	3 max	H
1min	max1	2min	h	Линия впадин		h		min
h	h	h						3
								h
			Средняя линия

Рис. 7.10. Параметры шероховатости поверхности детали

Параметр Rmax – наибольшая высота профиля – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины; S – среднее значение шага местных выступов профиля, a Sm – среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. Шаговые параметры характеризуют относительное расположение неровностей – вершин выступов профиля и точек пересечения профиля со средней линией Т. Их значения указываются на чертежах деталей.

Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение измеренного профили до этой линии минимально.

Нормирование параметров шероховатости должно производиться с учетом назначения и эксплуатационных свойств поверхности. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров. Предпочтительно, в том числе и для самых грубых поверхностей, нормировать параметр Ra, поскольку он определяется по всем точкам (или достаточно большому числу точек) профиля. Параметром Ra нормируется шероховатость образцов сравнения.

Шероховатость поверхности оценивается с помощью специальных приборов – профилометров. В производственных условиях обычно

126

применяются стандартные наборы образцов сравнения с различной шероховатостью поверхности.

Разные виды механической обработки – точение, сверление, развертывание и другие – обеспечивают различную шероховатость поверхности.

Шероховатость поверхности обозначают на чертеже изделия соответствующим знаком с указанием ее параметров, вида обработки поверхности, базовой длины и условного обозначения направления неровностей.

7.7.3. Способы обработки металлов резанием и элементы режима резания

B процессе обработки исходная заготовка и режущий инструмент получают рабочее движение от механизмов металлорежущих станков и перемещаются относительно друг друга. Для осуществления обработки резанием необходимо сочетание двух видов движения: главного движения резания и движения подачи.

Главное движение резания – прямолинейное поступательное, происходящее с наибольшей скоростью V в процессе резания.

Движение подачи – прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость Vs которого меньше скорости главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обработанную поверхность. В зависимости от направления движения подачи различают продольное, поперечное и другие движения подачи.

Наиболее распространенными способами обработки металлов реза-

нием являются точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифова-

ние (на рис. 7.11 стрелками указаны направления главного движения резания и движения подачи).

Рис. 7.11. Способы обработки металлов резанием:

а – точение; б – сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – шлифование

127

При точении (см. рис. 7.11, а) заготовке сообщается главное движение резания, а инструменту – движение подачи; при сверлении (см. рис. 7.11, б) оба движения, как правило, сообщаются сверлу; при фрезеровании (см. рис. 7.11, в) главное движение резания осуществляет фреза, а движение подачи – заготовка; при строгании на поперечнострогальных станках (см. рис. 7.11, г) главное движение резания совершает резец, движение подачи – заготовка, а на продольно-строгальных станках – наоборот; при шлифовании (см. рис. 7.11, д) главное движение резания осуществляет шлифовальный круг. Продольная подача при плоском шлифовании сообщается обычно заготовке, а поперечная – заготовке или шлифовальному кругу.

В общем случае процесс резания характеризуется элементами режима резания, скоростями главного движения резания и движения подачи; подачей; толщиной, шириной, а также площадью срезаемого слоя; машинным и штучным временем (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Элементы режима резания

Скорость главного движения резания – скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в главном движении резания:

V= πDn·60/1000,

(7.1)

где V – скорость главного движения резания, м/мин; D – диаметр поверхности обрабатываемой заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об./мин.

Скорость движения подачи – скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи.

Подача S – отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или определенных долей цикла другого движении во время резания или к числу определенных долей цикла этого другого движения.

128

Под циклом движения понимают полный оборот, ход или двойной ход режущего инструмента или заготовки. Долей цикла является часть оборота, соответствующая угловому шагу зубьев режущего инструмента. Под ходом понимают движение в одну сторону при возвратно-поступательном движении. Различают подачу на оборот Sn, на зуб Sz, на ход Sx, на двойной ход Sдв.х.

Подача Sn – поступательное перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки.

Толщина срезаемого слоя а – длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченной сечением срезаемого слоя. Ширина срезаемого слоя b – длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания. Площадь среза – это площадь сечения срезаемого слоя f = ab. Время, затрачиваемое непосредственно на процесс отделения стружки, называют основным технологическим временем. По основному технологическому времени рассчитываются нормы выработки на данном виде оборудования.

7.7.4. Характеристика используемого режущего инструмента и оборудования

Обработку металлов резанием производят на металлорежущих станках при помощи режущего инструмента, который подразделяется на две группы: однолезвийный (например, резцы) и многолезвийный с двумя и более режущими кромками (сверла, зенкеры, развертки и др.).

Инструменты, изготовленные из абразивных материалов (например, шлифовальные круги), обеспечивают высокую точность обработки и относятся к многолезвийным, т.е. имеющим множество острых режущих кромок.

Производительность режущего инструмента в основном зависит от материала, из которого он изготовлен, способности продолжительное время сохранять режущие свойства. Следовательно, инструментальные материалы должны иметь такие свойства, как красностойкость, теплопроводность, износостойкость, высокое сопротивление изгибу и удару, а также твердость. Для изготовления резцов и других режущих инструментов применяются углеродистые инструментальные стали, легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, металлокерамические твердые сплавы, а также естественные и синтетические алмазы, кубический нитрид бора, эльбор и др. Последние характеризуются высоким модулем упругости, теплопроводностью (в 2,5 – 9 раз большей, чем у твердых сплавов). Инструменты из них имеют наилучшую износостойкость. Известен случай, когда алмазный резец до полного использования затачивался 105 раз, прослужив в общей сложности 16 лет.

129

Область применения алмазного инструмента весьма обширна: шлифование, заточка и доводка твердосплавных режущих инструментов и штампов; правка шлифовальных кругов алмазно-металлическими карандашами и алмазами в оправке; разрезание высокопрочных материалов алмазными дисками и пилами и др.

Толщина срезаемого слоя и качество обработанной поверхности при использовании абразивного инструмента зависят, в частности, от зернистости материала инструмента, т.е. степени измельчения его зерен, а также физикомеханических свойств как самих зерен, так и цементирующей связки.

ВСНГ абразивные инструменты изготовляют с электрокорундовыми зернами, с белым электрокорундом, с карбидом кремния, а также с синтетическими алмазными зернами (СА) и кубическим нитридом бора (КНБ).

Вкачестве цементирующих веществ при изготовлении абразивных инструментов применяются неорганическая (керамическая, силикатная, магнезиальная), органическая (бакелитовая, глифталевая, вулканитовая) и различные металлические связки. Алмазный абразивный круг – это металлический (часто алюминиевый) или пластмассовый корпус с нанесенным алмазным слоем толщиной 1,5 – 3 мм с металлической или бакелитовой связкой и содержанием алмазных зерен обычно 50 % (реже 25 и 100 %). Основные характеристики абразивного инструмента указываются в марке на его поверхности. Например, ЧАЗ Э9А40СМ2К6 ПП300х20х127 35 м/с означает: ЧАЗ – завод-изготовитель; Э9А – эльбор повышенного качества, используемый в качестве абразива; 40 – номер зернистости; СМ2 – твердость инструмента; К6 – содержание эльбора 60 %. Дальше обозначены форма круга (ПП – плоский прямого профиля); размеры круга в миллиметрах (наружный диаметр, толщина, диаметр посадочного отверстия) и допустимая скорость вращения.

Надежность режущего инструмента определяется его стойко-

стью, т.е. способностью сохранять режущую кромку достаточно острой в течение определенного времени работы. Затупление резца происходит в результате молекулярно-термических процессов и механического изнашивания его граней и режущей кромки. Скорость изнашивания режущего клина (лезвия) в значительной степени зависит от количества теплоты, выделяющейся при резании за счет работы, затрачиваемой на деформацию срезаемого слоя, трение стружки о переднюю поверхность резца и трение задней главной его поверхности о поверхность резания. В результате в резец отводится 10 – 40 % общего количества теплоты, выделяющейся в процессе резания, и температура лезвия может достигать 800 – 1000 °С. Это обусловливает ускорение изнашивания режущего инструмента – истирания и удаления микрочастиц с его поверхности и образования микросколов (выкрашивания) режущей кромки. Сопротивление изнашиванию – важнейшая характеристика инструмента.

130