yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->3.3. Класифікація різальних інструментів

Ліварне виробництво (Металургія)

3.3. Класифікація різальних інструментів

1. Однолезові інструменти. Вони мають по одному різальному лезу. Такі інструменти використовують в процесі точіння та стругання. Їх називають різцями.

Токарні різці залежно від виду роботи, яку вони виконують, поділяють на прохідні, підрізні, відрізні, розточені, різьові та фасонні.

За напрямом подання токарні різці поділяють на праві та ліві.

2. Багатолезові інструменти. Вони мають більше одного різального леза - це свердла, зенкери, розвертки, мітчики, плашки, фрези, протяжки, шліфувальні круги.

Свердла - це інструменти, за допомогою яких роблять отвір у суцільному матеріалі. Свердла поділяють на спіральні, кільцеві та ін.

Спіральні свердла - найпоширеніші інструменти для свердління отворів. Їх виготовляють діаметром 0,1-80мм.

Якщо глибина отворів перевищує З0 мм, використовують спеціальні свердла.

Для виготовлення сквозних отворів діаметром понад 80мм використовують кільцеві свердла, складовою яких є порожнистий корпус (рис. 15).

Рисунок 15 – Кільцеве свердло

На торцевій частині корпуса 1 закріплені пластинки, які вирізають у заготівці кільцевий канал. Після свердління таким інструментом крім стружки залишається циліндричний стрижень 2, з якого можна виготовляти дрібні деталі. Отже, кільцеві свердла вигідно відрізняються від інших, оскільки руйнується значно менше матеріалу, в 3-4 рази вища продуктивність різання.

Зенкери за конструкцією нагадують свердла. Різниця полягає в тому, що вони не мають поперечного леза, а різальних лез - понад два.

Зенкерами оброблюють отвори, отримані литтям, куванням, штампуванням або свердлінням. Після зенкерування отвори мають точніші розміри і меншу шорсткість поверхні.

Розвертки це - інструменти, за допомогою яких підвищують точність розмірів і зменшують шорсткість поверхні отворів, отриманих-свердлінням і зенкеруванням. Розвертки бувають ручні, машинні та ін.

Мітчики та плашки використовують для нарізування різі. Мітчиками нарізують різі в отворах (наприклад, у муфті), плашками на валах (наприклад, на прогоничах).

Різь часто застосовують у машинобудуванні для з'єднання деталей між собою та для передачі руху.

Фрезами оброблюють плоскі, фасонні та інші поверхні.

Використовують циліндричні, торцеві, дискові, відрізні, фасонні та інші типи фрез.

Протяжки виготовлені переважно у вигляді стрижня, на поверхні якого розташовані зубці. Кожний зубець має різальне лезо. Висота кожного наступного зубця перевищує висоту попереднього. Загальний припуск зрізується за один робочий хід інструмента.

Протяжками оброблюють отвори різної форми та зовнішні поверхні. Залежно від форми майбутнього отвору або зовнішньої поверхні виготовляють круглі, шліцьові, шестигранні тощо протяжки. Один зубець протяжки зрізає шар матеріалу товщиною 0,02-0,24мм.

Шліфувальні круги складаються з абразивних частинок, з'єднаних зв'язкою. Кожна частинка зрізує дуже тоненьку стружку. А оскільки їх багато, швидкість різання велика, відповідно велика й продуктивність різання. Різальні властивості шліфувальних кругів визначаються властивостями абразивного матеріалу, з якого виготовлені вони.

Для виготовлення шліфувальних кругів використовують абразивні матеріали (електрокорунд, карборунд, алмаз тощо) і зв'язку (вогнетривка глина, тальк, кварц, розчин скла тощо; бакеліт, основою якого є фенолформальдегідна смола та інші).

Форма шліфувальних кругів різна.

Плоскі круги призначені для зовнішнього круглого шліфування; чашкової форми - для шліфування площин, а тарілчастої - для загострення фрез, розверток.

Перед встановленням шліфувальні круги перевіряють на відсутність тріщин, простукуючи їх дерев'яним молоточком. Великі вимоги ставлять до закріплення кругів. Недотримання цих вимог спричиняє нещасні випадки та аварії.

3.4. Схема процесу різання та види стружки

На (рис. 16,а) показано схему процесу різання. Різець, який переміщується в напрямі стрілки під дією сили  заглиблюється в заготівку, стискаючи розташований перед ним шар матеріалу, внаслідок чого в зрізаному шарі утворюються значні напруження, які зумовлюють пружну та пластичну деформації.

Коли створені у цьому шарі напруження перевищать міцність матеріалу, елемент стружки 1 зсунеться по площині АВ. З оброблюваною поверхнею ця площина утворює кут , який називають кутом зсуву, , = 45°.

Переміщуючись далі, різець передньою поверхнею послідовно стискає та зсуває наступні об'єми зрізаного шару, що спричинює утворення елементів стружки 2, ..., 9 і т. д., які також будуть відокремлені під кутом  від основного матеріалу (рис. 16,б). Вид стружки залежить від властивостей матеріалу, з якого виготовлена заготівка, режиму різання та геометрії різальної частини інструмента.

Рисунок 16 – Схема процесу різання та утворення стружки

У процесі різання пластичних матеріалів утворюється зливна стружка - довга стрічка, окремі елементи якої явно не виражені.

Стружка сколювання утворюється у більшості випадків у процесі різання м'яких конструкційних матеріалів у разі малих швидкостей різання.

Під час різання крихких матеріалів, наприклад чавуну, бронзи, утворюється стружка надлому, яка складається з окремих елементів.

3.5. Металорізальні верстати

Верстатами називають машини призначені для оброблення різанням заготівок, виготовлених з конструкційних матеріалів, з метою надання їм певної форми, розмірів і шорсткості поверхні.

Залежно від способу різання верстати поділяють на групи. Кожну групу верстатів, у свою чергу, поділяють на підгрупи.

Кожній моделі верстата присвоюють номер (марка), який складається з трьох або чотирьох цифр, іноді з додаванням літер, якими позначають додаткову характеристику верстата. Перша цифра означає номер групи верстата, друга - номер підгрупи. Третя і четверта цифри разом характеризують основний параметр верстата. Для токарних верстатів ці цифри означають висоту центрів; для револьверних верстатів і токарних автоматів - максимальний діаметр оброблюваної заготівки; для свердлильних верстатів - найбільший діаметр отвору, який можна просвердлити одним свердлом на цьому верстаті в сталі середньої твердості.

Літера, яка стоїть після першої цифри, означає модернізацію (поліпшення конструкції) основної базової моделі верстата. Літера, яка стоїть у кінці номера, означає модифікацію (видозміну) базової моделі, клас точності верстата або його особливості. Класи точності верстатів: Н - нормальної, П - поліпшеної, В - великої, С - особливо точні тощо.

Для прикладу розглянемо кілька марок верстатів. Марка моделі верстата 2А150: 2 - означає, що цей верстат вертикально-свердлильний, на якому в сталі середньої твердості можна робити отвори діаметром до 50 мм; А - модернізований.

Марка моделі 2Н125 означає, що це вертикально-свердлильний верстат, на якому можна робити отвори діаметром до 25мм.

3.6. Нові способи різання

3.6.1. Хімічні способи різання. Хімічні способи різання ґрунтуються на використанні хімічної енергії.

Перед обробленням заготівки різанням визначають, які поверхні необхідно обробити. На всі інші поверхні наносять стійкі покриття для захисту їх від дії хімічного середовища. Це можуть бути покриття лаками, фарбами, емульсіями тощо.

Підготовлену заготівку занурюють у хімічно активне середовище, яким можуть бути розчини кислот, лугів. Взаємодію матеріалу заготівки із середовищем називають травленням. Концентрацією розчинів (травників) підтримують незмінною, щоб забезпечити постійну швидкість травлення.

Хімічним способом оброблюють поверхні, труднодоступні для різальних інструментів, зазори тощо. На початку розвитку мікроелектроніки цей спосіб різання застосовували у ході виробництва інтегральних мікросхем.

3.6.2. Електричні способи різання. У процесі електричних способів різання електрична енергія перетворюється на теплову, хімічну та інші види енергії. Ці перетворення відбуваються безпосередньо у процесі зрізання шару конструкційного матеріалу певної товщини. Згідно з таким перетворенням електричної енергії ці способи різання поділяють на електрохімічні та електроерозійні.

1. Електрохімічні способи різання. В основі цих способів лежить анодне розчинення металу в разі пропускання через розчин електроліту постійного електричного струму.

Електрохімічні способи різання застосовують під час шліфування, полірування, очищення поверхні металів від оксидів, іржі тощо.

Продуктивність електрохімічного різання залежить в основному від властивостей електроліту, матеріалу, з якого виготовлена заготівка та густини струму.

Електрохімічне травлення використовують для очищення поверхонь металів від масних плям, оксидів тощо.

В електролізерну ванну, заповнену електролітом, поміщають заготівку, поверхню якої треба очистити. Заготівка підімкнена до анода. Катоди розміщенні з обох боків заготівки-анода. Електролітом є розчини лугів, кислот. Температура електроліту - 60-80°С.

Електрохімічне полірування застосовують для полірування заготівок, виготовлених із чорних і кольорових металів і сплавів. Цей спосіб різання зменшує шорсткість поверхні виробів, підвищує їх корозійну стійкість та втомну міцність.

Електрохімічне полірування (рис. 17) проводять у ванні 1, заповненій електролітом. Оброблювану заготівку 2 підмикають до анода. Катод З виготовляють із свинцю, молібдену або сталі. Електроліт 4 підігрівають до температури 60-80°С.

Рисунок 17 – Схема електрохімічного полірування

У разі пропускання струму заготівка-анод розчиняється. Розчинення починається з мікровиступів 5 унаслідок великої густини струму на їх вершинах. Продукти розчинення 6 осідають у западинах і захищають їх від дії струму. Внаслідок більшої швидкості розчинення мікровиступів, ніж западин, шорсткість поверхні зменшується і вона стає дзеркальною. Після закінчення оброблення виріб промивають у воді й висушують. Швидкість полірування становить 5.10-8 -1,6.10-7м.с-1.

Електрохімічне полірування підвищує корозійну стійкість виробів. Цим способом очищають поверхні виробів перед нанесенням на них гальванічних покрить, виготовляють фольгу.

2. Електроерозійні способи різання. Такі способи різання застосовують для оброблення матеріалів, які проводять електричний струм. В основі електроерозійних способів різання лежить явище ерозії (від лат. «» - роз'їдання, руйнування) поверхонь оброблюваних матеріалів під дією електричних розрядів.

У зоні різання енергія розрядів, які виникають між анодом (інструментом) і катодом (заготівкою), перетворюється на теплову енергію. Температура досягає 10000-12000°С, що спричинює оплавлення та випаровування окремих ділянок оброблюваної поверхні. На електроді-заготівці відтворюється форма електрода-інструменту. Це дає змогу ефективно обробляти вироби складної форми (штампи, ливарні форми, прес-форми, різної форми отвори тощо).

Електроерозійне різання проводять у рідинному діелектричному середовищі. Це може бути газ, мінеральне мастило тощо.

3. Електроіскровий спосіб різання. У процесі електроіскрового способу різання використовують імпульсні іскрові розряди, які виникають між електродами, одним з яких є заготівка (виконує роль анода), а другий - інструмент (катода).

За допомогою електроіскрового різання можна отримати наскрізні та глухі отвори різної форми, пази тощо. Цей спосіб різання широко використовують під час виготовлення штампів, ливарних прес-форм тощо.

На рис. 19 зображено схему електроіскрового верстата.

Заготівка 3 та інструмент 1 підімкнені до джерела постійного струму. Якщо інструмент наблизити до заготівки на відстань близько 0,05мм, то між ними проходить іскровий розряд енергії, нагромадженої в конденсаторі С. Іскровий розряд триває 0,0001с і супроводжується відриванням від анода частинок металу. Розряджений конденсатор заряджається і нагромаджена енергія знову перетворюється на іскровий розряд і т. д. У місці пробою виділяється велика кількість теплоти, внаслідок чого плавиться і випаровується матеріал заготівки. Щоб запобігти перенесенню частинок металу, вирваного із заготівки на поверхню інструмента, і зміні його форми, заготівку з інструментом поміщають у ванну 2, заповнену діелектричною рідиною 4. Рідина (газ або мінеральне мастило) зупиняє політ частинок металу і вимиває їх із зони різання.

Рисунок 18 – Схема електроіскрового верстата

Під дією багаторазових розрядів у заготівці утворюється заглибина, яка відображує відбиток торця електрода-інструмента.

Верстати для електроіскрового різання мають програмне керування, яке підтримує постійний зазор між заготівкою та інструментом, переміщення інструмента та регулювання подачі. Оптимальний режим роботи верстата встановлюється за допомогою змінного опору .

Продуктивність роботи верстата залежить від частоти імпульсів, енергії розряду, властивостей матеріалу заготівки та інструмента. Із збільшенням сили струму, продуктивність верстата зростає, проте разом із тим погіршується якість утворених поверхонь. Сила струму коливається в межах 0,2-300А. Електроди-інструменти виготовляють з міді, латуні тощо.

Цей спосіб різання не позбавлений недоліків: відносно мала продуктивність, недостатня точність форми і розмірів майбутньої деталі.

4. Анодно-механічний спосіб різання. В основі цього способу різання лежать процеси, які спричинюють руйнування металів і сплавів. Це розчинення, яке спостерігається в разі електрохімічного способу різання, електроерозія, яка супроводжує електроерозійний спосіб різання, та механічна дія інструмента, який очищає оброблюваний матеріал від оксидної плівки та розплавленого металу.

Анодно-механічне різання застосовують для розрізання заготівок на частини, прорізання пазів, шліфування поверхонь, заточування різальних інструментів тощо; цим способом обробляють матеріалі, які проводять електричний струм.

Анодно-механічний верстат (рис. 19) працює на постійному струмі.

Оброблювана заготівка 1 та інструмент 2 підімкнено до джерела постійного струму 3. Заготівка виконує роль анода, а інструмент у вигляді диска - роль катода. У проміжок між електродами (заготівкою та інструментом) безпосередньо подають рідину 4. Це може бути водний розчин рідинного скла в процесі первинного оброблення заготівок та розчин сірчанокислого натрію або хлористого натрію в процесі кінцевого оброблення. Під час різання інструмент (диск) обертається, а заготівка подається на нього. Інструмент обертається і викидає із зони різання продукти різання, здирає з оброблюваної поверхні оксидну плівку та поступово заглиблюється в заготівку. Інструмент-диск обертається зі швидкістю 8-20м.с-1.

Рисунок 19 – Схема анодно-механічного верстата

Густина струму впливає на процеси різання. За малих густин струму (1 - 2.104А.м-2) розігрівання заготівки незначне. На оброблюваній поверхні заготівки утворюється оксидна плівка. Процес анодного розчинення заготівки припиняється. Щоб відновити розчинення, плівку здирають за допомогою інструмента. Диск-інструмент, обертаючись безперервно, виносить продукти електрохімічного розчинення заготівки 5. На місце зрізу надходить свіжа рідина.

 

За великих густин струму поверхня заготівки розігрівається, оплавляється і частинки, вирвані з неї, переміщуючись до катода, відкидаються відцентровою силою обертового диска-інструмента. На поверхні заготівки залишається западина. На цьому місці розряд припиняється, а відновлюється в іншому.

Густина струму впливає на продуктивність різання. Чим більша густина струму, тим більша продуктивність. Саме тому первинне оброблення заготівок проводять за великих густин струму. Закінчують оброблення за малих густин струму незважаючи на малу продуктивність. Шорсткість обробленої поверхні відповідає 8-10-му класу.

Анодно-механічне різання проводять на верстатах з числовим програмним керуванням (ЧПК). У програму закладено керування швидкістю руху заготівки та інструмента, відстань між заготівкою та інструментом, параметри електричного режиму під час переходу з первинного оброблення на кінцеве тощо.

3.6.3. Ультразвуковий спосіб різання. Ультразвуковий спосіб різання матеріалів є різновидом механічного різання. Він ґрунтується на руйнуванні оброблювального матеріалу завислими в рідині частинками абразиву, які набувають великих швидкостей від вібратора, що коливається з ультразвуковою частотою. Для ультразвукового різання використовують частоту 16-30кГц. Інструмент, за допомогою якого ріжуть матеріали, отримує коливання від магнітострикційного вібратора.

На рис. 20 показано схему ультразвукового верстата.

Рисунок 20 – Схема ультразвукового верстата

Заготівку 3 ставлять під інструмент 4 у ванну 1, заповнену абразивною суспензією 2. Інструмент за допомогою хвилеводу 5 з'єднаний із магнітострикційним вібратором 7, який охолоджують водою 6. Із ультразвукового генератора 8, який живиться від джерела струму звичайної частоти 9, струм ультразвукової частоти подають до обмотки магнітострикційного вібратора, в якому електромагнітні коливання перетворюються на механічні. Амплітуда механічних коливань може досягти 0,10-0,12мм. Інструмент дотикається до заготівки. Сила, з якою притискається інструмент, не повинна гасити його коливання. Енергія коливання інструменту передається абразивним частинкам, які набувають швидкості 40-50м.с-1. Вдаряючись об поверхню заготівки, частинки абразиву зрізають (сколюють) частинки оброблюваної поверхні заготівки. Із бака 12 за допомогою помпи 11 патрубком 10 до зони різання подають суспензію. Оскільки подача інструмента збігається з напрямом коливань його торця, то цим способом можна виготовляти отвори й обробляти порожнину будь-якого профілю. Крім того, можна розрізати заготівки на частини, нарізати різь, робити напис тощо.

Інструменти для виготовлення отворів діаметром 0,5-20мм виготовить суцільними, а для отворів діаметром 20-100мм - порожнистими. Інструменти виготовляють із твердих матеріалів.

До складу суспензії входять порошки різних абразивних матеріалів: ектрокорунд, карборунд, карбід бору, алмаз тощо. Вибір абразивного порошку залежить від твердості та міцності оброблюваного матеріалу.

Продуктивність ультразвукового різання залежить від багатьох чинників. Так, вона зростає в разі збільшення амплітуди коливань. Якщо амплітуда коливань дорівнює 0,12мм то швидкість різання твердих сплавів становить близько 7.10-6м.с-1, а кераміки – 140.10-6м.с-1. У разі зменшення амплітуди коливань швидкість зменшується відповідно до 0,51.10-6 - 0,61.10-6м.с-1 і 2,63.10-6-38,5.10-6м.с-1.

На швидкість різання впливають розміри абразивних порошків та їх твердість. Оскільки абразивні частинки є різальним інструментом, то їх твердість має дорівнювати або перевищувати твердість оброблюваного матеріалу. Найбільша швидкість різання досягається в разі використання порошку карбіду бору. Для м'якших матеріалів застосовують м'якші абразиви, але швидкість різання буде меншою, ніж у разі використання карбіду бору.

Швидкість різання залежить від концентрації абразивних порошків у суспензії. Максимальна швидкість різання спостерігається за концентрації абразиву 50%. Важливо, щоб абразив у зоні різання увесь час змінювався, обновлювався. Особливі вимоги ставляться також до рідини, яку використовують для виготовлення суспензії. Вона повинна добре змочувати інструмент і абразив, мати велику густину та теплопровідність, незначну в'язкість. Найкраще для цього підходить вода.

Точність розмірів і шорсткість поверхні залежать від розміру абразивних частинок: чим більший розмір частинок, тим більша шорсткість і навпаки, чим менший розмір частинок абразиву, тим менші параметри шорсткості матиме оброблена поверхня.

 

 

 

15