Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на их пластической деформации под действием внешних сил, в результате которой металлическая заготовка приобретает определенную форму и размеры. В ходе пластической деформации зерна измельчаются, структура металла в целом улучшается и, как следствие, улучшаются механические свойства.

Основными видами ОМД являются: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка.

Прокатка заключается в пластической деформации металла в результате обжатия заготовки между двумя вращающимися валками. Силы трения Pw втягивают заготовку между валками, и под действием сил Р, нормальных к поверхности валков, уменьшается толщина заготовки. Цель прокатки — получение продукции разнообразной формы и различными размерами поперечного сечения. Форму поперечного сечения прокатанной продукции называют профилем. Перечень разных профилей, имеющих различные геометрические размеры, составляет сортамент проката. Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие пять основных групп: сортовой прокат, листовой, трубный, специальный и периодический.

Прессование — это технологическая операция, заключающаяся в продавливании заготовки, находящейся в форме, через отверстие матрицы с помощью давящего пуансона. Форма и размеры поперечного сечения получаемого профиля соответствуют форме и размерам отверстия матрицы. Чем выше температура металла, тем легче протекает процесс прессования. Этим методом получают прутки, трубы и другие изделия более сложных профилей.

Волочение. Процесс волочения состоит из протягивания заготовки через сужающееся отверстие матрицы (волочильной доски). В результате площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, и она приобретает профиль и размеры отверстия (глазка) волочильной доски; длина заготовки при этом увеличивается. Сортамент изделий, изготавливаемых волочением, разнообразен: проволока диаметром 0,002—10 мм и различные фасонные профили. Для получения стальной проволоки диаметром до 0,5 мм используют волочильные доски со вставными глазками (фильерами) из твердых сплавов, а для получения тонкой медной или вольфрамовой проволоки диаметром до 0,25 мм — алмазные глазки. Волочение применяют также для калибровки прутков различного профиля. Полученные изделия имеют точные размеры и гладкую поверхность.

Свободная ковка. Различают ковку свободную и в штампах (штамповка). При свободной ковке заготовка не ограничивается стенками специальных форм (штампов), и формообразование происходит свободно в пространстве между бойками молота путем пластической деформации металла заготовки. Этот процесс и качество поковки во многом зависят от искусства оператора-кузнеца. Свободная ковка делится на ручную и машинную.

Штамповка — это процесс получения поковок, заключающийся в пластической деформации металла в закрытой полости специальной формы, называемой штампом. Форма и размеры полости штампа соответствуют форме и размерам будущей детали с учетом припуска на механическую обработку, если таковая предусмотрена. Обычно штампованные поковки механически обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями: эта обработка может сводиться только к шлифованию. Штамп — это дорогостоящий инструмент и пригоден для изготовления только какой-то одной, конкретной детали. Поэтому штамповку используют только при массовом изготовлении поковок. Различают штамповку объемную и листовую.

Обработка металлов резанием

Обработка металлов резанием заключается в срезании с поверхности заготовки слоя металла, называемого припуском, с целью получения изделия требуемых геометрической формы, размеров и шероховатости поверхностей. Срезание припуска производят с помощью режущего инструмента.

В большинстве случаев изделия, полученные литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой, сваркой и другими методами, подвергают обработке резанием. Удаляемый при этом припуск превращается в стружку, которая является характерным признаком всех процессов обработки металлов резанием (ОМР). ОМР бывает механической, когда припуск срезают на металлорежущих стенках, и слесарной, когда припуск удаляют вручную с помощью соответствующего слесарного инструмента. ОМР применяют и как самостоятельный способ изготовления деталей.

Основными видами механической ОМР являются: точение; строгание; долбление; сверление (зенкерование, развертывание и зенкование); фрезерование и шлифование, — производимые на металлорежущих стенках соответствующей группы. Станки различают токарной группы, строгальной и долбежной, сверлильной и расточной, фрезерной, шлифовальной и др. При ОМР используют различный режущий инструмент: резцы, сверла, зенкера, развертки, фрезы, которые имеют специально заточенную режущую часть, а также применяют шлифовальные абразивные круги, зерна которых обладают острыми гранями и углами. Режущий инструмент изготавливают из материала повышенной твердости, прочности, термо- и износостойкости, различных форм и размеров.

Долбление. Эта операция является разновидностью строгания и производится на долбежных станках. На них главный вид движения ν (возвратно-поступательный) осуществляет резец в вертикальной плоскости, а движение подачи s — заготовка в горизонтальной плоскости. Долбление применяют для получения канавок, плоских и фасонных поверхностей небольшой высоты, но значительных поперечных размеров.

Сверление. При сверлении (зенкеровании, развертывании, зенковании) обычно главное движение ν и движение подачи s сообщают режущему инструменту. При сверлении главное движение сообщают заготовке. Сверление применяют для получения сквозных и глухих цилиндрических отверстий. Зенкерование — для увеличения диаметра отверстия, предварительно полученного литьем, штамповкой или сверлением, и придания ему более правильной геометрической формы, достижения наименьшей шероховатости поверхности, чем при сверлении или рассверливании. Развертывание обеспечивает получение отверстий с высокой точностью размеров и высоким качеством поверхности; его применяют в основном для окончательной обработки отверстий. Зенкование — получение отверстий под потайные и полупотайные головки болтов и заклепок.

Фрезерование. При фрезеровании главное движение ν сообщается многолезвийному режущему инструменту — фрезе, а движение подачи s — заготовке. Существуют схемы фрезерования, когда главное движение и движение подачи сообщают фрезе. Фрезерование применяют при обработке горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, фасонных поверхностей, пазов и канавок различного профиля, при изготовлении зубчатых колес. Особенность процесса фрезерования заключается в прерывистости резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы вступает в контакт с заготовкой и выполняет работу только на некоторой части своего оборота. Затем зуб фрезы, продолжая движение, не касается заготовки до следующего врезания; в этот момент он охлаждается, что удлиняет срок службы фрезы. Каждый зуб фрезы имеет такие же элементы и углы, что и токарный резец. Поэтому фрезу можно рассматривать как набор токарных резцов.

Шлифование. Процесс шлифования применяют как отделочно-доводочную операцию с получением размеров деталей с точностью по 6—7-му квалитетам и шероховатостью поверхности R2 = 0,08—0,32 мкм. Используют шлифование и как обдирочную операцию при очистке литья, поковок и т.д. Шлифование — это обработка поверхностей изделия шлифовальными абразивными кругами. Для обдирочной обработки применяют крупнозернистые абразивы, а для чистового шлифования — мелкозернистые. Используют абразивы естественные — наибольшее применение получили минерал корунд и алмаз, и искусственные — электрокорунд с различными добавками, карбид кремния, нитрид бора и др.

Протягивание

Протягивание—высокопроизводительный метод обработки вну­тренних и наружных поверхностей многолезвийными инструмен­тами — протяжками. Широко применяют на заводах массового и крупносерийного производства.

Протягивание осуществляется при прямолинейном поступательном главном движении резания. Припуск при протягивании срезается за один (редко два-три) рабочий ход инструмента. В резании
одновременно участвует несколько режущих зубьев протяжки.
Протяжка (прошивка) — это стержень, на котором расположен ряд
зубьев, имеющих режущие лезвия.

Протяжку протягивают через предварительно подготовленное отверстие, и тело ее работает на растяжение. Прошивку проталки­вают сквозь отверстие, и она работает на сжатие.

Протяжки работают по разным схемам срезания припуска. Профильная схема резания предусматривает снятие каждым зубом протяжки стружки по всему периметру обрабатываемой поверхности. Стружка получается тонкая и широкая, плохо размещается в стру­жечной канавке.

При работе по прогрессивной схеме резания срезаемый слой разделяется по периметру между зубьями нескольких секций, срезающих стружку относительно большой толщины, по небольшой ширине. Как известно, более толстые и менее широкие стружки срезаются легче. Протяжки обладают большей стойкостью, однако конструкция и изготовление их сложнее, чем протяжек, работаю­щих по профильной схеме резания.

("ВТ зависимости от формы обрабатываемого отверстия или наруж­ной поверхности различают протяжки круглые, шлицевые, шести­гранные, шпоночные и др.

 

Рис. 1. Конструкция цилиндрической (а)

и шпоночной (б) протяжек

 

Рассмотрим круглую протяжку (рис. 1, а) для обработки цилиндрического отверстия и шпоночную (рис. 1, б). Они состоят из следующих частей. Хвостовик 1 служит для закрепления про­тяжки в патроне протяжного станка. Передняя направляющая часть 2 служит для центрирования заготовки относительно оси протяжки и направления протяжки в начале резания. По своей форме и размерам направляющая часть соответствует подготовлен­ному под протягивание отверстию в заготовке.

Режущая часть 3 имеет зубья, которые выполняют основную работу резания. Размеры зубьев последовательно увеличиваются. Каждый следующий зуб или группа зубьев больше предыдущего на величину, определяющую толщину срезаемого слоя. Эту величину называют подачей на зуб.

Калибрующая часть 4 протяжки служит для окончательной отделки обрабатываемой поверхности. По размеру и форме зубья на калибрующей части одинаковы и соответствуют последнему зубу режущей части, они служат также запасом на переточку, после которой часть из них Переходит в режущие зубья. Задняя напра­вляющая часть 5 предохраняет протяжку от перекоса при выходе из обработанного отверстия последнего калибрующего зуба.

Скорость резания при протягивании — это путь, проходимый зубьями протяжки^ относительно обрабатываемой заготовки в ми­нуту. Протягивание осуществляют со скоростями резания от 8 до 12 м/мин.

Подача на зуб, или толщина срезаемого слоя, выбирается в зави­симости от условий протягивания и колеблется от 0,02 до 0,2 мм.

Ширина срезаемого слоя равна периметру режущей части. Так, для круглой протяжки она равна длине окружности зуба.

 

Шлифование

Шлифование — весьма распространенный и, как правило, отде­лочный метод обработки, позволяющий достичь высоких точности и чистоты обработанной поверхности.

В массовом и крупносерийном производстве шлифовальные станки составляют 25—30% от общего количества металлорежущих станков. Во многих случаях шлифование является практически единствен­ной операцией, которую трудно заменить какой-либо другой обра­боткой, например обработка весьма твердых материалов и закален­ных сталей, удаление больших припусков с чугунных и стальных отливок при работе по корке, зачистка проката, окончательная обработка заготовок с минимальным припуском на механическую обработку без предварительной обработки лезвийным инструментом.

Шлифование обеспечивает точность обработки в пределах 2—1-го классов точности, чистоту поверхностей в пределах Δ 7 —Δ10-го классов чистоты, а также снятие весьма тонких стружек и высокую производительность.