Токарная обработка в процессах изготовления деталей.

Точность и качество изготовленной детали во многом зависят от состояния технологических баз.Технологическая база – это поверхности, линии, точки, принадлежащие детали, которые позволяют однозначно определить ее положение относительно выбранной системы координат, например, относительно обрабатывающего инструмента. Технологические базы обрабатываются с высокой точностью (5…6 квалитет) и чистотой поверхности (Rа=0,32 мкм).

Установочные поверхности центровых отверстий можно получать на токарных, сверлильных, расточных и других станках. В крупносерийном ремонтном производстве для их восстановления используют фрезерно-центровальные станки, которые позволяют одновременно подрезать торцы детали и проводить сверление центровых отверстий. В мелкосерийном ремонтном производстве изготовление технологических баз (центровых отверстий) цилиндрических деталей преимущественно осуществляют на токарных станках за два установа. В этом случае исходную заготовку устанавливают и закрепляют по черновой технологической базе в трехкулачковом патроне и неподвижном люнете (рис. 13.1). После перезакрепления переход повторяют. В качестве черновой базы используют наружную поверхность. Причем черновую базу применяют только один раз и при последующей обработке ее заменяют обработанными поверхностями – чистовой технологической базой.

Размеры центровых отверстий, которые используются в качестве технологических баз для основных операций, как правило, унифицированы. Их изготавливают при помощи центровых сверл.

Для того чтобы обеспечить высокую точность зацентровки, исходную заготовку выставляют относительно центрового сверла при помощи люнета и индикатора часового типа. Зацентровку производят с окружной скоростью детали V=30…70 м/мин и продольной подачей центрового сверла S=0,06…0,1 мм/об.

Припуск на токарную обработку зависит от качества поверхности исходной заготовки, толщины дефектного слоя, погрешностей формы и пространственных отклонений заготовки, суммарной погрешности при выполнении операций механической обработки. Необходимо обратить внимание на тот факт, что, чем выше требования, предъявляемые к изделию, тем больше должна быть величина припуска. Припуск – это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки с целью достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности. Величина припуска обычно дается «на сторону», т. е. указывается толщина слоя, снимаемого на данной поверхности. Величина припуска должна быть достаточной для изготовления качественного изделия, удовлетворяющего установленным требованиям в отношении чистоты поверхности, точности размеров детали при наименьшем расходе материала и наименьшей себестоимости выполняемых технологических операций. Токарная обработка по корке сильно увеличивает размерный износ режущего инструмента. Поэтому для снижения износа и обеспечения нормальной работы режущего инструмента необходимо, чтобы глубина резания была больше толщины корки, получаемой, например, при свободной ковке. Исходя из этого требования, на токарную обработку по корке традиционно назначают припуск величиной 1,5…3мм.

Токарную обработку в большинстве случаев проводят проходными резцами из быстрорежущей стали Р9, Р18, Р6М5, Р6М5К5 или резцами с твердосплавными пластинами Т15К6, Т5К10, ВК6, ВК8 (рис. 13.2). С повышением твердости материала заготовки стойкость резцов, оснащенных пластинами твердого сплава, значительно снижается. Общий технологический припуск перераспределяют между черновой и чистовой обработкой. Рекомендуется на черновую обработку оставлять до 60% суммарного припуска, а на чистовую – до 40%, или же предусматривают 45% на черновую обработку, 30% – на получистовую и 25% – на чистовую.

Черновая обработка позволяет устранить существенные погрешности формы и пространственные отклонения заготовки. Получистовая обработка обеспечивает изготовление детали с размерами в пределах заданных допусков. Чистовой обработкой получают необходимую шероховатость.

Черновую токарную обработку твердого материала (HRC > 42) проводят резцами с твердосплавными пластинами Т15К6, Т5К10 и ВК6, ВК8. Для точения по корке твердых слоев рекомендуется применять резцы с пластинами ВК6 и ВК8, так как они лучше выдерживают неравномерные ударные нагрузки и обеспечивают наибольшую стойкость резцов. Однако при устойчивом черновом точении (без ударов) предпочтительнее применять резцы с металлокерамическими пластинами Т15К6 и ЦМ 332. Чистовую токарную обработку проводят резцами с пластинами из твердого сплава ВК6М (с мелкозернистой структурой), ВК6ОМ (с особо мелкозернистой структурой) и с пластинами из поликристаллических материалов, например, эльбора-Р, гексанита-Р.

Для определения режима токарной обработки сначала устанавливают глубину резания t, затем определяют допустимую подачу S, после чего рассчитывают скорость резания V. Глубиной резания t называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью.

Глубину резания t и продольную подачу S независимо от вида режущего инструмента стараются выбрать из условия обеспечения максимальной производительности обработки. Очевидно, что экономически выгоднее работать с возможно меньшим числом проходов и наибольшей подачей. Поэтому стремятся припуск на черновую обработку снять за один проход с максимальной подачей. Однако для такого силового резания необходимы соответствующая мощность станка и жесткость технологической системы.

Для установления возможности силового резания проводят предварительный расчет глубины резания t и подачи S по формулам:

t=c*D^1/3, S=0,17D^1/3+0,15(t-2),

где с – коэффициент, зависящий от материала заготовки, для большинства сталей составляет 0,7; D – номинальный размер детали.

Глубина резания и подача определяют толщину (сечение) среза и, соответственно, силу резания Pz, необходимую для снятия припуска:

Pz = c*t*S^0,75 (13.3)

Сила резания, в свою очередь, определяет мощность резания Nрез: N =(Pz*v)/60*102 (13.4)

Рассчитанный таким образом режим резания корректируется по мощности станка. Чтобы на станке можно было производить резание (особенно силовое), мощность Nрез, затрачиваемая на резание, не должна превышать мощности станка N.

Увеличение глубины резания и подачи приводит к увеличению толщины cреза и, соответственно, силы резания. Из формулы (13.3) видно, что влияние глубины резания на силу резания больше, чем влияние подачи.

Глубина резания при условии S < t практически не оказывает влияние на изменение высоты микронеровностей обработанной поверхности. Однако увеличение вязкости обрабатываемого материала приводит к увеличению высоты микронеровностей. Необходимо отметить, что действительный микропрофиль обработанной поверхности отличается от теоретического тем, что он более шероховат иимеет большую высоту неровностей. Это во многом обусловлено упругим восстановлением материала, происходящим после снятия нагрузки со стороны резца. Повысить производительность токарной обработки при обеспечении необходимой чистоты обработанной поверхности можно за счет примененияспециальных резцов для больших подач (проведения силового резания), например резца В.А. Колесова. Особенностью этого резца является наличие двух переходных кромок между главной и вспомогательной режущими кромками (рис. 13.5). Такая конструкция резца позволяет увеличить подачу в 2 раза при неизменной шероховатости.

Скорость резания при токарной обработке определяется в зависимости от стойкости инструмента, глубины резания, подачи и свойств обрабатываемого материала по формуле: V=(CV /(T^m*t^x*S^y)* kv, где Т – стойкость инструмента, зависящая от мощности резания и жесткости технологической системы; CV, m, x, y – коэффициенты регрессии, зависящие от свойств обрабатываемого материала; kV – поправочный коэффициент, учитывающий измененные условия обработки, состояние поверхности заготовки и режущей части инструмента.

По скорости резания рассчитывают частоту вращения заготовки: n=1000V/3,14d

Черновое точение позволяет обеспечить точность обработки детали по 14 квалитету, при этом достигается шероховатость Rа =6,3…50 мкм. Получистовое точение дает возможность получить точность обработки в

диапазоне от 11 до 13 квалитета и чистоту поверхности Rа =1,6…25 мкм. Чистовое точение позволяет получить точность размеров детали по 8…10 квалитету и шероховатость Rа =0,4…6,3 мкм. При высоких требованиях к точности и чистоте поверхности детали проводят тонкое точение, которое обеспечивает точность обработки по 7…8 квалитету и шероховатость Rа в пределах 0,32…1,25 мкм.

Для достижения заданной точности разработаны разнообразные технологические методы и средства управления точностью, которые широко используются на практике. При этом наибольшей эффективностью в условиях единичного производства обладает метод пробных проходов и промеров.Сущность метода заключается в получении заданной точности обработки на коротком участке детали путем последовательного проведения пробных проходов и промеров.

Метод пробных проходов и промеров имеет следующие достоинства:

1).При высокой квалификации рабочего можно получить высокую точность на неточном оборудовании;

2).При обработке метод позволяет исключить появление брака из-за износа режущего инструмента;

3).При неточной заготовке метод позволяет правильно распределить

припуск на обработку и тем самым не допустить появление брака;

4). Метод освобождает от необходимости изготовления и применения сложных приспособлений типа копиров, кондукторов, поворотных и делительных головок.

Безусловным достоинством метода в условиях ремонтного производства является возможность «спасения» брака заготовки, полученного, например, при восстановлении электрошлаковой наплавкой.

Вместе с тем метод пробных проходов и промеров имеет ряд серьезных недостатков:

1).Технологические возможности метода в обеспечении точности обработки ограничиваются минимальной толщиной снимаемого слоя. Рабочий не может внести в размер детали поправку меньше минимальной толщины стружки, в противном случае не будут созданы условия для нормального процесса резания и получится «драная» поверхность;

2). Применение метода приводит к появлению брака за счет утомления рабочего, от внимания которого в значительной мере зависит точность обработки;

3). Применение метода связано с низкой производительностью обработки из-за больших затрат времени на пробные проходы и промеры. В результате увеличивается себестоимость продукции;

4). Метод требует высокой квалификации рабочего.