6.1. Анализ и экономическая оценка традиционных методов обработки резанием

Технологический процесс обработки конструкционных ма­териалов резанием состоит в снятии с заготовки слоя метал­ла (припуска на механическую обработку) режущим инстру­ментом для придания ей (заготовке) требуемых точности размеров и качества поверхности. В качестве конструкцион­ных материалов широко применяются стали, сплавы цветных металлов, пластмассы, керамика, композиционные материа­лы, резина, древесина, стекло и др.

Обработка заготовок деталей машин резанием ведется в механических цехах машиностроительных заводов. Заготов­ками для механических цехов являются: прокат (круглый, квадратный, полосовой и др.), поковки, штамповки и отлив­ки. Выбор заготовки зависит от материала, размеров и формы детали, условий ее работы, типа производства.

При проектировании машины конструктор определяет вид наибо­лее рациональной заготовки, максимально приближенной по форме и размерам к готовой детали, так как величина при­пуска на последующую механическую обработку влияет на трудовые и финансовые затраты при изготовлении детали в целом.

Снижение "величины припуска на механическую обра­ботку — один из важнейших факторов повышения произво­дительности труде в машиностроении. Среди главных пока­зателей качества детали в машиностроении — точность раз­меров ее и шероховатость поверхности, поскольку эти пока­затели существенно влияют на характер динамических про­цессов в машине к ее механизмах, особенно если машина ра­ботает на повышенных скоростях, при высоких рабочих на­грузках, температурах и т.п. От точности обработки и качества поверхности деталей зависят надежность и долго­вечность изделия.

Точность обработки деталей — это степень соответствия формы, размеров и положения обработанной поверхности требованиям чертежами технических условий.

Качество поверхности деталей определяется совокупнос­тью микронеровностей на поверхности деталей, а также фи­зико-химическими свойствами поверхностного слоя детали.

Основными методами обработки материалов резанием явля­ются; точение, строгание, сверление, фрезерование и шлифо­вание. Сначала заготовку закрепляют определенным образом на станке. Затем к ней подводят режущий инструмент (резец, сверло, фрезу, шлифовальный круг и пр.), который с заготов­ки снимает слой материала — припуск. Причем, каким бы ин­струментом ни производилось резание, сущность процесса остается неизменной, изменяются лишь условия обработки.

Сущность процесса резания заключается в возникновении под действием режущего инструмента упруго-пластических деформаций, в результате которых срезаемый пластически деформированный слой металла отделяется в виде стружки.

Таким образом, для осуществления процесса резания не­обходимо наличие относительных движений между инстру­ментом и заготовкой, которые называются движениями реза­ния. Процесс обработки деталей резанием характеризуется элементами режима резания, основными из которых являют­ся скорость резания, подача и глубина резания.

Элементами режима резания для токарной обработки служат:

Скорость резания V — путь, пройденный обрабатываемой поверхностью заготовки в единицу времени:

, м/мин

где D — диаметр заготовки, мм; п — число оборотов заготовки в минуту.

Подача — путь, пройденный режущим лезвием резца, от­носительно обрабатываемой поверхности заготовки за один ее оборот S, мм/об.

Глубина резания — толщина срезаемого слоя металла с обра­батываемой поверхности заготовки за один проход резца, мм:

где D —диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

d —диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Время, в течение которого происходит, снятие припуска на механическую обработку, называется машинным или ос­новным временем Т_м:

где L — путь инструмента в направлении подачи, мм; n — число оборотов заготовки в минуту; 5 — величина припуска на механи­ческую обработку, мм; t — глубина резания, мм; h — припуск на механическую обработку, мм.

Сокращение машинного времени в результате уменьшения величин L, h или увеличения параметров процесса резания n, S, t является важным фактором повышения производитель­ности труда.

Время, необходимое на обработку одной заготовки Т_шт (штучное время):

Где Т_м — машинное время; Т_в — вспомогательное время, необхо­димое для установки и снятия заготовки, подвода и отвода ин­струмента и т.п.; Т_об — время обслуживания оборудования, рабочего места, поддержания инструмента и приспособлений в рабочем состоянии; Т_п — время перерывов на отдых рабочего, от­несенное к одной заготовке.

Снижение Т_м и Т_шт ведет к повышению производительности труда.

Точение — процесс обработки металлов резанием наруж­ных, внутренних и торцовых поверхностей тел вращения ци­линдрической, конической, сферической и фасонной форм, а также процесс нарезания наружной резьбы на заготовках, растачивание отверстий. Инструментом при точении служат токарные резцы. Разновидности точения следующие: черно­вое точение — обдирка, отрезка и подрезание торцов заго­товки; получистовое точение; чистовое точение; тонкое точе­ние и растачивание.

Строгание — грубый низкопроизводительный вид обработ­ки резанием с большой толщиной срезаемого слоя металла. Этим методом обрабатывают в основном крупные тяжелые заготовки и производят строгание горизонтальных и наклон­ных плоскостей, фасонных и цилиндрических поверхностей, шпоночных канавок. Инструмент — строгальные резцы.

Сверлением получают глухие и сквозные отверстия в сплош­ном материале, а также обрабатывают предварительно полученные отверстия для увеличения их размеров, повышения точности и снижения шероховатости поверхности.

Кроме того, производят нарезание резьбы в отверстиях. Инструментам при сверлении служат: сверла, зенкеры, развертки, метчики и др.

Фрезерование — высокопроизводительный метод обработ­ки резанием, осуществляемый многолезвийным инструментом, называемым фрезой. Фрезерование применяется как при гру­бой, так и при тонкой обработке. Этим методом обрабатывают горизонтальные плоскости заготовок, вертикальные плоскос­ти, комбинированные поверхности, уступы и прямоугольные пазы, фасонные пазы и фасонные поверхности.

Шлифование — это процесс обработки резанием поверх­ностей деталей абразивными инструментами. Удаление при­пуска с заготовки при шлифовании производится огромным множеством миниатюрных резцов — абразивных зерен, со­единенных связкой (шлифовальный крут) так, что между ними имеется пространство для размещения стружки.

Процесс шлифования характеризуется высокими скоростя­ми резания и малой толщиной срезаемого слоя металла. Каж­дое зерно шлифовального круга срезает очень тонкую струж­ку, но так как одновременно в работе участвует большое коли­чество зерен, а скорость резания велика, в единицу времени срезается большое количество металла. В зоне резания выде­ляется большое количество теплоты, и.мелкиё частицы обраба­тываемого материала, сгорая, образуют пучок искр.

Шлифование — отделочный метод обработки, позволяю­щий достичь высокой точности размеров детали и низкой ше­роховатости обработанной; поверхности. Во многих случаях шлифование является операцией, котирую трудно заменить какой-либо другой обработкой, Например, обработка зака­ленных сталей, чугунных отливок, зачистка проката, оконча­тельная обработка заготовок с минимальным; припуском на механическую обработку без предварительной обработки лезвийным инструментом осуществляется шлифованием.