Перспективы развития обработки металлов резанием

Обновлено: 25.06.2024

Сущность процесса обработки металлов резанием заключается в снятии с заготовки металла (стружки) для получения изделий необходимой формы, размеров и требуемого качества поверхности (точности и шероховатости).

На большинстве машиностроительных заводов резание является преобладающим способом обработки металлов: до 40…60 % деталей машин получают в результате обработки заготовок на металлорежущих станках. Резанием обрабатывают различные материалы, свойства которых лежат в широком диапазоне: это пластичные и хрупкие материалы, металлические и неметаллические, природные и искусственные, твердые и мягкие. Выполненные при обработке резанием размеры, форма и расположение поверхностей и их шероховатость определяют фактические зазоры и натяги в соединениях деталей машин и механизмов, влияющие на их качество, технические и экономические показатели продукции.

Для нормирования точности изготовления изделий установлены степени точности - квалитеты. Квалитет - это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для номинальных размеров. В соответствии с действующим стандартом установлено 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2, 3,…, 17. Самый точный - 01, самый грубый - 17-й квалитет. Допуск квалитета обозначают буквой IT и цифрой квалитета. Номинальный размер - размер, который служит началом отсчета отклонения и относительно определяет предельные допустимые размеры (наибольший и наименьший). Допуск - это разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами. На чертеже детали указывают номинальный размер и отклонения (верхнее и нижнее).

Для измерения и контроля размеров применяют мерительный инструмент и приборы. Простейшими и наиболее часто применяемыми инструментами являются: линейка, угломер, штангенциркуль, микрометр, глубиномер, нутромер, предназначенный для измерения внутренних размеров.

Шероховатость поверхности - это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности детали или заготовки, рассматриваемый в пределах базовой длины. Для численного определения величины шероховатости поверхности используют базовую линию, представляющую собой среднюю линию профиля неровностей, относительно которой рассматривают и измеряют высоту выступов и глубину впадин. Для характеристики шероховатости часто используют параметр Ra - среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины. Величина Ra может быть в пределах от 0,008 до 100 мкм; наименьшее значение шероховатости можно получить при полировке, наибольшее - при строгании. При измерении шероховатости грубо обработанных поверхностей применяют параметр Rz - сумма средний абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубина пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины. Величина Rz может лежать в пределах от 0,025 до 1600 мкм.

Параметры шероховатости поверхности измеряют контактными методами с помощью щуповых приборов (профилографы, профилометры), приборов светового сечения, теневого сечения, растровых микроскопов, микроинтерферометров.

В 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 или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. Движение подачи – прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость 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 видами обработки металлов резанием являются: точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование (рис.7).

Достоинства обработки металлов резанием: возможность придания изделиям любой формы и шероховатости; высокая точность размеров полученных деталей; невысокая энергоемкость; высокая степень механизации и автоматизации процессов обработки; универсальность процессов, обуславливающая возможность обработки разнообразных по форме и размерам деталей из различных материалов.

Недостатки: низкая производительность (точечный контакт инструмента с деталью); большие отходы металла в стружку.

Совершенствование технологии резания, модернизация металлорежущего оборудования, разработка и внедрение новых методов резания металлов являются актуальными проблемами.

Точение (токарная обработка) – обработка (наружных и внутренних) поверхностей тел вращения резанием, характеризуемая вращательным движением заготовки и поступательным движением режущего инструмента – резца (рис. 7а). Разновидности точения: обтачивание, растачивание, подрезание, разрезание. При точении заготовке сообщается главное движение резания, а инструменту – движение подачи.

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

Станки токарной группы составляют до 50 % всего станочного парка механических цехов машиностроительных заводов и подразделяются:

- токарно-винторезные станки – наиболее универсальные станки рассматриваемой группы;

- токарно-карусельные станки применяют для обработки средних и крупных заготовок, диаметр которых превышает их высоту (зубчатые колеса, маховики);

- токарно-револьверные станки предназначены для обработки заготовок сложной формы, где требуется применение большого числа инструментов. Для закрепления большего числа инструментов используется револьверная головка. Во время работы станка инструменты вводят в процессе обработки последовательно (один за другим) или параллельно (одновременно несколько);

- токарные полуавтоматы – все движения производятся автоматически, однако установка каждой заготовки и снятие готовой детали осуществляется рабочим;

- токарные автоматы – обрабатывают различные заготовки, причем обработка ведется практически без участия рабочего, обязанности которого сводятся к перезарядке автомата на партию и периодическому контролю готовых деталей.

- сверление – широко распространенный метод получения отверстий резанием. Главное движение при сверлении – вращательное, а движение подачи – поступательное. Оба движения при сверлении отверстий на сверлильных станках сообщаются инструменту – сверлу.

Основными технологическими операциями, связанными с обработкой отверстий, являются сверление, зенкерование, рассверливание, нарезание резьбы и т.д. (рис. 7б). Все эти операции производят на станках сверлами, зенкерами, развертками, метчиками. Однако при сверлении отверстие получается небольшой точности, с шероховатой поверхностью. Поэтому предварительно просверленные отверстия обрабатывают зенкером (зенкерование) и разверткой (развертывание). Зенкерование в основном применяется для увеличения диаметра и в отдельных случаях для повышения точности отверстия и уменьшения шероховатости его поверхности. Зенкеры имеют три-четыре режущие кромки, резание производят боковыми зубьями. Для получения более точных отверстий и необходимую (малую) шероховатость поверхности используют развертки, имеющие значительное число режущих кромок.

Существуют сверлильные станки различных типов: вертикально-сверлильные, горизонтально-сверлильные, радиально-сверлильные, расточные, координатно-расточные и специальные. Станки сверлильной группы бывают одношпиндельные и многошпиндельные.

Для обработки крупногабаритных заготовок с большим числом отверстий применяют сверлильные станки с ЧПУ.

Фрезерование – процесс обработки изделий многолезвийным режущим инструментом – фрезой (рис.7в).

По сравнению с процессом точения процесс фрезерования имеет следующие особенности: в работе одновременно участвует несколько лезвий, поэтому фрезерование является более производительным способом обработки, чем точение; каждый зуб фрезы работает периодически, а корпус ее большей частью имеет значительную массу, что способствует лучшему охлаждению лезвий.

Фрезе сообщается главное вращательное движение, а обрабатываемой детали – поступательное или вращательное движение подачи.

Различают две основные группы фрезерных станков: универсальные общего назначения; специализированные. К первой группе относятся горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные и продольно-фрезерные станки; ко второй – зубофрезерные, резьбофрезерные, копировально-фрезерные и др.

На фрезерных станках выполняются следующие основные работы: фрезерование плоскостей, пазов, сложных поверхностей, шпоночных канавок и зубьев шестерен.

Для обработки заготовок используют: цилиндрические, концевые, торцевые, фасонные, шпоночные фрезы. При изготовлении зубъев шестерен - модельные дисковые, пальцевые или червячные фрезы.

Строгание – для обработки длинных плоских поверхностей (рис. 7г, д). Оно выполняется при прямолинейном возвратно-поступательном движении резца или заготовки – это движение является главным. После каждого двойного хода заготовка или резец перемещаются в поперечном направлении, совершая тем самым движение поперечной подачи.

Основным недостатком обработки деталей на строгальных и долбежных станках является то, что при работе на них резание осуществляется только во время рабочего хода. Во время обратного хода резец не снимает стружку и это приводит к значительным потерям времени. Поэтому строгание характеризуется низкой производительностью и его целесообразно в крупносерийном и массовом производстве заменить фрезерованием.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве на фрезерных станках обрабатываются различные по расположению плоскости: горизонтальные, вертикальные, параллельные, перпендикулярные и наклонные; Т-образные, прямоугольные и другие пазы и канавки; фасонные поверхности.

Протягивание – процесс обработки заготовок резанием при помощи протяжек. Размеры зубъев протяжки постепенно увеличиваются от начала её режущей части так, что при перемещении в осевом направлении относительно заготовки каждый зуб снимает стружку от 0,01 до 0,2 мм. Протяжка обычно имеет замкнутую (хвостовую) часть для крепления к ползуну станка, шейку направляющую, режущую и калибрующую части.

Различают внутреннее и наружное протягивание. Первое применяют для выполнения отверстий различных размеров (3…300 мм) и форм (цилиндрических, трехгранных, квадратных и др.); вторые – для получения прямых и спиральных зубъев, прямых и винтовых канавок, плоских и кривых наружных поверхностей, при рифлении и т.д. Отверстия под протяжку предварительно высверливают или растачивают, наружные поверхности, как правило, протягивают без предварительной обработки резанием, т.е. в черновом виде (отливки, поковки).

Протяжные станки бывают вертикальные и горизонтальные и разделяются на станки для внутреннего и наружного протягивания.

Протягивание является одним из прогрессивных и перспективных процессов механической обработки. Высокая производительность протягивания в сочетании с большой стойкостью протяжек, хорошее качество и высокая точность обработки поверхности позволяет использовать этот метод для обработки деталей средних размеров в условиях массового и крупносерийного производства, где он во многих случаях вытесняет фрезерование.

Шлифование – процесс обработки заготовок резанием при помощи шлифовального круга – инструмента, имеющего форму тела вращения и состоящего из абразивных зерен и связующего их материала (рис.7е,ж). При вращении круга наиболее выступающие из связки зерна, контактируя с заготовкой, снимают с её поверхности тонкие стружки. Большинство из них, сгорая, образуют пучок искр.

Шлифование осуществляется при больших скоростях резания (70 м/с и выше) снятием стружки с малой площадью сечения. В связи с этим, а также невыгодными углами резания температура в рабочей зоне достигает 1500 С.

Обработка шлифованием в большинстве случаев является чистовой и отделочной операцией, обеспечивающей высокое качество обработанной поверхности и точность обработки. В некоторых случаях шлифование применяется для предварительной обработки заготовок, обдирки при снятии слоя до 6 мм.

Процесс шлифования обычно осуществляется при помощи трех движений: вращения шлифовального круга, вращения или возвратно-поступательного перемещения обрабатываемой детали и движения подачи, осуществляемого кругом или обрабатываемой деталью.

В группу шлифовальных станков входят круглошлифовальные, внутришлифовальные, обдирочно-шлифовальные, специализированные (зубошлифовальные, бесцентро-шлифовальные, копировальные и др.), заточные станки для режущих инструментов, притирочные и полировальные.

Технологические основы обработки на металлорежущих станкахДетали, обрабатываемые на станках

Тенденции в развитии металлообработки в современном мире

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНОВ

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3. ПРЕДМЕТ ПОЛИТИКИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ

3.1. Настоящая Политика конфиденциальности устанавливает обязательства Администрации сайта по неразглашению и обеспечению режима защиты конфиденциальности персональных данных, которые Пользователь предоставляет при заполнении любой формы на Сайте. 3.2. Персональные данные, разрешённые к обработке в рамках настоящей Политики конфиденциальности, предоставляются Пользователем путём заполнения регистрационной формы на Сайте и включают в себя следующую информацию: 3.2.1. фамилию, имя, отчество Пользователя. 3.2.2. контактный телефон Пользователя. 3.2.3. адрес электронной почты (e-mail). 3.3. Любая иная персональная информация неоговоренная выше подлежит надежному хранению и нераспространению, за исключением случаев, предусмотренных п. 2.5. настоящей Политики конфиденциальности.

4. ЦЕЛИ СБОРА ПЕРСОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

4.1. Персональные данные Пользователя Администрация сайта может использовать в целях: 4.1.1. Установления с Пользователем обратной связи, включая направление уведомлений, запросов, касающихся использования Сайта, оказания услуг, обработка запросов и заявок от Пользователя. 4.1.2. Осуществления рекламной деятельности с согласия Пользователя. 4.1.3. Регистрации Пользователя на Сайтах Организации для получения индивидуальных сервисов и услуг. 4.1.4. Совершения иных сделок, не запрещенных законодательством, а также комплекс действий с персональными данными, необходимых для исполнения данных сделок.

5. СПОСОБЫ И СРОКИ ОБРАБОТКИ ПЕРСОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

5.1. Обработка персональных данных Пользователя осуществляется без ограничения срока, любым законным способом, в том числе в информационных системах персональных данных с использованием средств автоматизации или без использования таких средств. 5.2. При утрате или разглашении персональных данных Администрация сайта информирует Пользователя об утрате или разглашении персональных данных. 5.3. Администрация сайта принимает необходимые организационные и технические меры для защиты персональной информации Пользователя от неправомерного или случайного доступа, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, распространения, а также от иных неправомерных действий третьих лиц.

6. ОБЯЗАТЕЛЬСТВА СТОРОН

6.1. Пользователь обязан: 6.1.1. Предоставить информацию о персональных данных, необходимую для пользования Сайтом. 6.1.2. Обновить, дополнить предоставленную информацию о персональных данных в случае изменения данной информации. 6.2. Администрация сайта обязана: 6.2.1. Использовать полученную информацию исключительно для целей, указанных в п. 4 настоящей Политики конфиденциальности. 6.2.2. Обеспечить хранение конфиденциальной информации в тайне, не разглашать без предварительного письменного разрешения Пользователя, а также не осуществлять продажу, обмен, опубликование, либо разглашение иными возможными способами переданных персональных данных Пользователя, за исключением случаев, указанных в п. 2.5. настоящей Политики Конфиденциальности. 6.2.3. Принимать меры предосторожности для защиты конфиденциальности персональных данных Пользователя согласно порядку, обычно используемого для защиты такого рода информации в существующем деловом обороте. 6.2.4. Осуществить блокирование и/или удаления персональных данных, относящихся к соответствующему Пользователю, с момента обращения или запроса Пользователя или его законного представителя либо уполномоченного органа по защите прав субъектов персональных.

7. ОТВЕТСТВЕННОСТЬ СТОРОН

7.1. Администрация сайта, не исполнившая свои обязательства, несёт ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации, за исключением случаев, предусмотренных п.2.5. и 7.2. настоящей Политики Конфиденциальности. 7.2. В случае утраты или разглашения Конфиденциальной информации Администрация сайта не несёт ответственность, если данная конфиденциальная информация: 7.2.1. Стала публичным достоянием до её утраты или разглашения. 7.2.2. Была получена от третьей стороны до момента её получения Администрацией сайта. 7.2.3. Была разглашена с согласия Пользователя.

8. РАЗРЕШЕНИЕ СПОРОВ

8.1. До обращения в суд с иском по спорам, возникающим из отношений между Пользователем сайта и Администрацией сайта, обязательным является предъявление претензии (письменного предложения о добровольном урегулировании спора). 8.2. Получатель претензии в течение 30 календарных дней со дня получения претензии, письменно уведомляет заявителя претензии о результатах рассмотрения претензии. 8.3. При не достижении соглашения спор будет передан на рассмотрение в судебный орган в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации. 8.4. К настоящей Политике конфиденциальности и отношениям между Пользователем и Администрацией сайта применяется действующее законодательство Российской Федерации.

9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ

Технологии в металлообработке в новом тысячелетии

На предприятиях активно используются автоматические высокопроизводительные системы. К нему относятся автоматические и винторезные станки. Первые актуальны для производства больших партий металлических изделий, а вторые – для создания штучных элементов. Усовершенствованные модели работают с помощью специального программного обеспечения, что снижает количества брака и влияние человеческого фактора, увеличивает производительность.

К новейшим технологиям металлообработки относят:

Лазер. Эффективно применяется для резки, обеспечивает точность и качество подходит для тугоплавкого металла. Принцип работы заключается в том, что луч испаряет слой материала в точке соприкосновения.
Магнитоимпульс. При этой технологии заготовка помещается в электромагнитное поле, где силовые линии воздействуют на нее. Актуально при работе с бериллием, титаном и листовой сталью.
Плазма. Актуальна почти для всех типов металлов. Вместо режущего инструмента активно применяется плазменная струя, сформированная под влиянием электрической дуги и газа, подаваемого через сопло.

Доказали свою эффективность и другие технологии, например, ультразвуковая и электроэрозионная. Все описанные методики активно применяются на современных предприятиях.

Металлообработка — современный и перспективный вид бизнеса, имеющего несколько направлений

Современная экономика нуждается в высокотехнологичной обработке металлов. Ни одно производство не обойдётся без металлических изделий, начиная от простейших гаек, использующихся в ремонтных работах и заканчивая металлическими конструкциями.

Передовые технологии обработки металла

Каждая технология обработки требует определённых станков как здесь, оснастки и соответствующих помещений. Чтобы правильно выбрать вид металлообработки для ведения бизнеса, важно иметь понятие, что собой представляют эти технологические процессы.

К современным технологиям обработки металла относят:

литьё металла — это процесс розлива металла по заранее приготовленным формам, в результате чего получаются отливки;
сварочные работы — это молекулярный процесс соединения частей металла с помощью нагрева газом или электричеством;
обработка металла механическим способом – это процесс обработки поверхности детали из металла методом сверления, резания, шлифования и др.;
воздействие на металл давлением – этот технологический процесс предусматривает ковку, штамповку и другие методы воздействия на металл.

Металлообрабатывающее оборудование

Для резки, растачивания и обтачивания заготовки применяются:

револьверные станки. С их помощью обрабатывают прутковый металл. В специальную головку крепят сверло, развёртку, резец или зенкер; токарно – винторезными станками предусмотрено нарезать резьбу на детали и заготовки; станки ЧПУ, они многофункциональные: фрезеруют, сверлят, осуществляют резку, распиливают.

К группе фрезерных станков, предназначенных обрабатывать внутреннюю и внешнюю часть детали, относятся:

станки универсально фрезерные. В них перемещение стола производится под разными углами;
станки, где стол перемещается в горизонтальном положении;
фрезерные станки широкоуниверсальные, оснащённые шпиндельной головкой;
станки, оборудованные вертикальным шпинделем;
станки с продольным перемещением фрезы, их предназначение обрабатывать большие детали
станки координатно – расточные, они предназначены для точной обработки деталей.

К шлифовальным станкам относятся:

станки бесцентрово – шлифовального типа, применяются для обработки деталей без отверстий;
станки кругло — шлифовального типа, ими обрабатывают прерывистые поверхности;
станки плоско — шлифовального типа, они применяются для продольной обработки поверхности;
станки для шлифовки специализированного типа, предназначены для шлифовки деталей определённой формы.

На профилегибочных линиях изготавливается: профнастил, метало черепица.

Перспективные направления металлообрабатывающего бизнеса

К ним относится:

производство метизов – из-за широкого их применения они пользуются повышенным спросом. Для их производства необходимы токарные станки;
сварочные работы, являются перспективным направлением в развитии бизнеса. Оборудование для этих работ доступно по цене среднему предпринимателю;
выпуск профилей из алюминия. Оборудование для таких работ достаточно дорогое, но при правильной организации труда быстро окупится;
токарная продукция. Производство её прибыльное и рентабельное, пользуется спросом во многих отраслях промышленности.

Металлообработка и её дальнейшие перспективы

А Вы знаете, что обработка металлов любым из способов является прибыльным бизнесом, но можно осуществлять комплекс этих технологий. Препятствием заниматься этим делом, являются значительные цены на оборудование и большая конкуренция.

Для открытия цеха необходимо учитывать близость электрических сетей, наличие рабочей силы и другой инфраструктуры. Сочетание агрессивного маркетинга и продуманного вложения инвестиций приведут металлообрабатывающий бизнес к процветанию.

Современные тенденции в развитии процессов резания

В настоящее время все больше деталей изготавливается из труднообрабатываемых сталей и сплавов, керамики, композитов и других новых конструкционных материалов. Многие из них ктеризуются очень сложной формой, минимальными припусками на обработку, высокими требованиями к качеству обработанных поверхностей. Для обеспечения рациональных условий обработки таких деталей необходим комплексный подход, объединяющий знания о процессах обработки материалов резанием, свойствах материала, оборудовании и т. д.

Совершенствование различных технологических процессов обработки резанием обусловлено целым рядом факторов:

- возрастанием точности обработки и качества обработанной поверхности. Использование новых технологий обработки поверхности инструмента обеспечивает идеальную остроту режущих кромок, что позволяет заменить полирование и притирку. Такая обработка относится к так называемым нанотехнологиям и получила название сверхточной;

- повышением скоростей резания до максимально допустимого уровня с точки зрения безопасности работы станка. Такой процесс получил название сверхскоростной обработки и сопровождается целым рядом изменений в физических процессах, происходящих в зоне резания;

- ограничением использования СОЖ. Затраты на использование и последующую утилизацию СОЖ в современном производстве в несколько раз превышают затраты на режущие инструменты. Кроме того, СОЖ отрицательно влияет на состояние здоровья человека и окружающую среду. В связи с этим все более широкое распространение получает резание без использования либо с минимальным использованием СОЖ;

- использованием лезвийной обработки высокотвердых и закаленных материалов вместо шлифования. Такие технологии находят все более широкое применение благодаря расширенному использованию сменных пластин из сверхтвердых материалов и режущей керамики.

Определенным условием расширения традиционных границ обработки материалов является введение в зону обработки дополнительной энергии, которая либо поступает извне, либо остается после предыдущих технологических операций.

Высокоскоростное резание

Идея высокоскоростного резания (ВСР) (скорости резания до 18000 м/мин) была высказана в 30-х годах прошлого века немецким исследователем Заломоном. Смысл данной идеи заключался в следующем. С увеличением скорости резания до V_A температура резания достигает значения Ткр, при котором в материале инструмента начинаются необратимые процессы теплового разупрочнения, которые делают дальнейший процесс резания невозможным. Заломон выдвинул гипотезу, согласно которой при дальнейшем увеличении скорости резания температурная кривая, достигнув некоторого максимального значения, начнет убывать, и при достижении скорости V_B температура при резании вновь станет ниже критической, в связи с чем в этой зоне скоростей можно снова производить процесс снятия стружки. (рис. 68 ).

Следует отметить, что понятие ВСР даже в настоящее время не до конца определено и выдвинутая гипотеза Заломона до сих пор не подтверждена практикой и теоретическими исследованиями. На рис. 69 показаны зависимости изменения силы резания и температуры от скорости резания. Как видно, с увеличением скорости резания температура возрастает, а темп ее увеличения снижается, и в пределе стремится к температуре плавления обрабатываемого материала. Как показывают исследования в области обработки материалов резанием, на сегодняшний день нет данных по снижению температуры резания с повышением скорости резания. Значение силы резания с увеличением скорости резания уменьшается, и, достигнув определенного уровня, практически не изменяется. И только на очень высоких скоростях резания наблюдается некоторое ее увеличение, связанное с ростом инерционных сил от неуравновешенности инструмента и сходящей стружки.

Рис. 68. Влияние скорости резания на температуру

Таким образом, зависимости Т 0 С = f (V) и Рz = f (V) позволяют однозначно утверждать, что увеличение скорости резания в области ее высоких значений приводит к росту общего количества тепла, выделившегося при снятии стружки.

Рис. 69. Влияние скорости резания на температуру Т 0 С и силу резания Рz

Как известно, несмотря на общий рост количества теплообразования, с увеличением скорости резания происходит перераспределение тепла, уходящего в стружку, заготовку и в режущий инструмент. При этом, доля тепла, уходящего в стружку возрастает, а доля тепла, уходящего в заготовку и инструмент, уменьшается. Однако, несмотря на снижение доли тепла, уходящего в режущий инструмент, общее его количество увеличивается. Поэтому с повышением скорости резания тепловые условия эксплуатации режущего инструмента становятся более жесткими. Таким образом, зона высокоскоростного резания, указанная на кривой Заломона, не может быть достигнута даже теоретически, и процесс резания может происходить в зоне до критических скоростей V_A. Однако необходимо отметить, что если температура плавления обрабатываемого материала будет ниже температуры теплостойкости инструментального материала, то ограничений по скорости резания не будет. В этом случае скорость резания будет ограничиваться только возможностями оборудования и техники безопасности. Примером такого подхода может служить опыт обработки алюминиевых сплавов и некоторых видов пластмасс. В противном случае ограничение скорости резания всегда будет определяться уровнем теплостойкости инструментального материала или – в условиях динамических колебаний – уровнем его прочностных свойств.

Под термином ВСР следует понимать сочетание всех технологических средств, способных поднять скорость обработки при резании выше общепринятого предела. Четких границ, выше которых простое фрезерование, точение или сверление становятся высокоскоростными, на сегодняшний день не существует. Поэтому понятие «высокая скорость резания» является относительным. Например, увеличение скорости обработки при фрезеровании стали с 250 м/мин до 750 м/мин уже является переходом в область ВСР. Скорость 2500 м/мин вместо 250 м/мин при фрезеровании алюминиевых сплавов уже является ВСР. При обработке никелевых сплавов предел скоростей ВСР лежит на уровне 50 м/мин. Таким образом, высокая скорость резания всегда относительна в зависимости от условий обработки.

В последние годы ВСР является одним из эффективных направлений развития технологии получения деталей, а основные преимущества ВСР связывают с увеличением объема обрабатываемого материала, снимаемого в единицу времени, и высоким качеством обработанной поверхности.

Рассмотрим некоторые особенности процесса резания при увеличении скорости обработки.

Изменения закономерностей стружкообразования в условиях ВСР обусловлены известным теоретическим положением физики твердого тела, согласно которому при увеличении скорости пластической деформации металла область последней уменьшается и металл становится более хрупким. Вследствие этого уменьшается относительная работа пластической деформации. Скорость резания при ВСР оказывает весьма существенное влияние на процесс формирования стружки. При относительно низких скоростях резания вся зона основных пластических деформаций находится практически в равных условиях. По мере роста скорости возрастают температура и ее градиент, снижая эффект упрочнения обрабатываемого материала. При сверхвысоких скоростях могут возникнуть адиабатические условия протекания процессов деформирования. При достижении баланса между эффектами упрочнения и разупрочнения образуется стружка в виде отдельных сегментов. Материал образующихся фрагментов стружки практически не подвергается деформированию, за исключением очень тонкого слоя, соединяющего сегменты. При ВСР сливная стружка будет переходить в элементную, а при резании закаленных сталей – в порошкообразную. Зона основных пластических деформаций при ВСР очень узкая, стружка контактирует с передней поверхностью инструмента на крайне малом участке. В результате нормальные контактные напряжения на передней поверхности по мере увеличения скорости резания возрастают, тогда как при обычном резании они снижаются.

Коэффициент укорочения стружки при высоких скоростях для широкого круга обрабатываемых материалов значительно меньше, чем при обычном резании. В ряде случаев он может быть меньше единицы при одновременном уменьшении ширины стружки. Угол сдвига при ВСР больше чем при обычном резании и достигает 60 0 (при обычном резании не более 45 0 ).

Весьма важную роль в физических процессах в зоне резания при высокоскоростной обработке играют силы инерции. В условиях обычного резания они совершенно незначительны, при высокоскоростном – составляют до 30 – 50 % от силы Рz. Для осуществления высокоскоростного резания необходимо повышать мощность станка. Так, например, при обработке стали 45 при t = 5 мм, s = 0,3 мм, v = 120м/мин мощность резания равна 6,47 кВт, а при v /мин = 1000 м/мин – 161 кВт.

Отсутствие нароста, застойной зоны и упрочнения металла в зоне пластического контакта повышают интенсивность адгезионных и диффузионных процессов в условиях ВСР – возникает значительный износ контактных площадок вблизи режущей кромки. Динамика и интенсивность износа при обычных и сверхвысоких (больших в 300 раз) скоростях при прочих равных условиях могут примерно одинаковой или несколько более высокой в последнем случае. Для обеспечения высокого периода стойкости режущие инструменты оснащаются сменными пластинами из твердых сплавов с многослойными покрытиями из минералокерамики и сверхтвердых материалов.

При высокоскоростной обработке в значительной степени изменяются подходы к использованию СОЖ. Исследования показывают, что в таких условиях более эффективно резание всухую либо с подводом газовой среды.

Исследования показывают, что при высокоскоростной обработке наибольший съем металла при постоянном периоде стойкости и минимальный относительный износ обеспечиваются при значительных подачах и меньшей скорости резания. В связи с резким возрастанием скоростей резания производительность обработки чрезвычайно велика – при одинаковой точности обработки она может быть в 1,5 - 4 раза выше, чем при шлифовании.

Резание всухую

СОЖ в последние годы рассматривают все чаще как нежелательный фактор в производстве. Это обусловлено экономическими и экологическими причинами, в том числе все более жесткими международными законодательными актами об охране окружающей среды.

В крупносерийном производстве на долю процессов, связанных с применением СОЖ (доставка, использование, регенерация и т. д.), приходится от 7,5 до 17 % общих производственных затрат, тогда как расходы на инструмент составляют только 4 %. Весьма значительны затраты на последующую утилизацию и регенерацию СОЖ. Важную роль играют также экологические последствия от использования СОЖ. С одной стороны, учитывается их отрицательное влияние на окружающую среду, с другой – вредное воздействие на здоровье работников. Известно, что резание всухую приводит к повышению температуры и, как следствие, ускоренному изнашиванию инструмента, возрастанию термических напряжений в заготовке, ее тепловым деформациям и другим отрицательным последствиям. Эти воздействия можно уменьшить за счет:

- выбора технологии обработки, не требующей использования СЩЖ;

- изменения конструкции и геометрии инструмента (размеров поверхностей, контактирующих с заготовкой и стружкой);

- использования износостойких покрытий режущего инструмента;

- подбора марки инструментального материала с повышенными теплостойкостью и теплопроводностью;

- использования твердых, газообразных смазочных веществ, либо СОЖ с минимальным расходом в распыленном состоянии.

Применение СОЖ в малых количествах не требует значительных затрат на ее очистку и утилизацию, но в то же время обеспечивает снижение коэффициента трения и схватывания на контактных площадках инструмента.

Основная проблема при резании всухую – правильный выбор инструментального материала с учетом специфики процесса резания. Режущие инструменты при сухой обработке должны обеспечить приемлемые условия резания и иметь высокий период стойкости. В первую очередь при такой обработке рекомендуется использовать твердые сплавы с износостойкими покрытиями, минералокерамику и сверхтвердые материалы.

Ротационное резание

Ротационное резание – это метод механической обработки, когда на обычную кинематическую схему резания (вращательное движение заготовки D_r и движение подачи резца D_S) накладывается дополнительное движение вдоль главной режущей кромки резца (D_P). Наиболее широко применяемой схемой ротационного резания является обработка круглыми вращающимися резцами (КВР) (рис.70). Рабочая часть этих резцов может быть выполнена в виде конической чашки, грибка, трубки, цилиндрического столбика.

Рис. 70. Схема резания круглым вращающимся резцом

Обработку круглым вращающимся резцом производят по двум схемам: с принудительным вращением резца и с применением самовращающихся резцов, когда вращение резца возникает под действием сил резания, возникающих в процессе обработки.

Рациональная область применения ротационного резания – токарная обработка наружных и внутренних поверхностей вращения, а также строгание и протягивание плоскостей.

Основные затруднения при внедрении данной схемы

резания связаны с возникновением интенсивных вибраций вследствие снятия широких и тонких стружек, что требует обеспечения высокой жесткости технологической системы.

Механическая обработка металла: что это такое, виды, способы и основы металлообработки

Сегодня существует достаточно много способов обработки металлов и сплавов: отливка в нужную форму, температурная обработка, воздействие электричеством и химикатами. Однако механическая обработка металлов на сегодняшний день остается одним из основных способов изготовления большинства механизмов и деталей к ним. Главная особенность мехобработки металлических деталей заключается в том, что с помощью внешнего воздействия ее параметры меняются, а внутренняя структура – нет.

Для такой работы в основном используются разного рода режущие инструменты: протяжки, резцы, сверла, метчики, фрезы, и т.д. Операции выполняются на специальных металлорежущих станках – для каждого вида механической обработки металла существует свое оборудование. Все операции необходимо выполнять строго в соответствии с технологической картой. При этом строго контролируется выполнение правил техники безопасности.

В рамках данной публикации мы рассмотрим способы и виды механической обработки металла, а также оборудование, на котором производится обработка.

Основные виды и способы механической обработки металла

Ниже перечислим процедуры, способствующие изменению физических или химических качеств, деформации предмета. Прежде чем выбрать подходящий метод, необходимо сравнить все характеристики металлического образца и результат, который нужно получить. Основная цель – преодоление предела упругого деформирования, то есть следует добиться того, чтобы элемент поменял форму и не вернулся в прежнюю обратно.

Фрезерные работы

Вращающиеся фрезы на станке предназначены для фигурной резки круглых заготовок. Они зажимаются между двумя шпинделями, в редких случаях – прикручиваются к одной стороне. Есть устройства с ручным приводом, тогда оператор вручную направляет инструментом с лезвием, а есть те, которые подключены к пульту ЧПУ, то есть имеют компьютеризированное управление. Они работают в автоматическом режиме, рабочий только задает программу наблюдает за процессом.

Зубонарезные работы

Это процедура нарезания и обработки зубьев, например, при изготовлении шестерен. Стружка снимается тонким слоем с помощью специального станка. Сперва происходит черновая механическая металлообработка, затем чистовая. Иногда для упрочнения требуется термообработка с последующей шлифовкой, подгонкой. Инструмент – дисковая фреза, имеющая профиль, соответствующий расстоянию между зубцов.

Токарные работы

С помощью резцов, сверл и разверток с поверхностного металлического слоя снимаются лишние стружки. Образуется нужный узор, впадины, отверстия. Есть два движения – вращение заготовки и воздействие подачи. На токарном станке можно сверлить проемы и развертывать, зенкеровать их, нарезать резьбу, отрезать часть, вытачивать канавки. Результатом будут полученные изделия:

гайки;
втулки;
валы;
шкивы;
муфты;
кольца;
зубчатые колеса.

Электрическая обработка

Технология металлообработки с использованием электрических зарядов подразумевает под собой обработку материала с помощью специального оборудования. Они частично разрушают металлические заготовки.

На электрод, изготовленный из графита или латуни, подаётся высокое напряжение.
Он соприкасается с обрабатываемой поверхностью.
Появляется искра и металл начинает расплавляться.

Чтобы частицы металла не разлетались, в пространство, остающееся между электродом и обрабатываемой поверхностью, заливают специальное масло. Оно улавливает металлические частицы.

Механическая обработка металла: виды и методы

Есть две большие категории – со снятием верхнего слоя и без него. К первым относятся точение, сверление, шлифование, дробление и все, что можно отнести к резанию. В данном случае меняется форма, габариты заготовки.

Если не нужно использовать ничего для образования среза, то применяют давление или удар. Воздействие может быть оказано прессом, водой, воздухом, потоком абразивных частиц. Процедура может быть проведена вместе с термообработкой или в естественном температурном режиме. К этой категории относятся: штамповка, прессование, металлопрокат.

Сварка

Такой вид обработки металла как сварка используется в том случае, если нужно получить неразъемные соединения металлических элементов. Данная технология применяется повсеместно (на крупных и мелких предприятиях, при ремонте металлоконструкций). Соединять детали можно по-разному:

внахлест;
стык в стык;
углами.

Обработку металла данным способом осуществляют на полуавтоматических или автоматических сварочных станках, при помощи ручного инструмента. В качестве источника тепла чаще всего используют электрическую дугу или газовое пламя. Реже соединение деталей происходит за счет теплового трения, ультразвука, энергии лазера или другого вида воздействия.

Автоматические станки не отличаются широким функционалом. Предварительно оператор задает программу. На этом участие человека в процессе заканчивается. Используется данный способ при изготовлении большого количества изделий.

При работе с оборудованием полуавтоматического типа процессом руководит оператор, а присадки в нужную зону подаются посредством специального механизма.

В последнее столетие разработано много новых видов сварки. Популярность приобрели плазменная, электро-лучевая и термитная технологии. В первом случае детали соединяют ионизированным газом, образующим электродугу. Кроме сварки, оборудованием такого типа можно резать металлические заготовки.

Если нужен глубокий (до 20 см) или небольшой (до 10 мм) шов, лучше использовать электро-лучевую технологию. Ее специфика заключается в том, что обработка металла происходит в вакууме. Применяется этот способ сварки нечасто, что объясняется его спецификой.

Термитный вид сварки применяют:

для устранения трещин и дефектов сделанных ранее швов; если нужно обеспечить высокое качество соединений металлоконструкций.

От чего зависит процесс механической обработки поверхности металлов

Нельзя сразу приступить к работе, требуется предварительно создать подробный чертеж с размерами. Затем можно выбрать один из вариантов или их комбинацию, например, сперва отрезать лишнее, а затем обточить. Иногда графические документы требуются и для промежуточных этапов, если их много или они должны обладать высоким классом точности. Выбор в целом зависит от:

материала и его физических, химических свойств;
размеров;
нужной формы;
процедуры;
шероховатости.

Выводы

Обработка металла резанием, несмотря на свой недостаток в виде большого количества отходов, продолжает активно использоваться в различных производственных отраслях.

При резании подвергается деформации форма детали без воздействия на структуру материала, режущий инструмент работает лишь с поверхностью изделия. Если прибавить к этому универсальность, высокоточность и другие плюсы, то они, несомненно, перекроют имеющиеся минусы. Поэтому можно с уверенностью заявить, что, несмотря на появление новых технологий обработки металла, обработка резанием сдаст свои позиции еще очень нескоро.

Используемое оборудование и инструмент для механической обработки металла

В основном это станки и расходные материалы. Крупные приборы можно разделить на ручное управление и с ЧПУ – пультом управления. Первые дешевле и проще в освоении, но они требуют постоянного присутствия и внимания оператора. А вторые позволяют сделать изделия с максимальным классом точности.

Есть также аппараты со скромными габаритами, которые удобны для переноски в руках, например, для шлифовки. Некоторые умельцы делают станочные установки самостоятельно, приведем пример в следующем видео, как в своем гараже сделать токарное приспособление:

Инструмент – это режущая кромка, обычно изготавливаемая из инструментальной стали, поэтому обладающая высокой прочностью.

Точение и сверление

Заготовка закрепляется в шпинделях, которые подключены к электрическому приводу совершают быстрое вращение. Резец закреплен в суппорте и совершает движения, которые либо направлены рукой оператора, либо системой управления. Вытачивать можно конусы, цилиндры и прочие фасовочные детали.

Сверление выполняется с целью образования отверстий. Они не обладают высокой точностью, а являются основой для механической обработки металлов, например, для нанесения резьбы. Также аналогичными процедурами, но с большей точностью, являются развертывание, рассверливание, растачивание и зенкерование.

Особенности художественной обработки

Основы металлообработки включают в себя не только изменение формы и размеров заготовки, но и их декоративную обработку. Мастер может создавать отдельные изделия, или украшать уже готовые металлические конструкции. Существует 4 процесса металлообработки, позволяющих изменить внешний вид детали:

литье;
ковка;
чеканка;
сварка.

Все виды декоративной работы с металлом подразумевают под собой изначальное разогревание заготовки. Чем выше пластичность, тем проще работать с деталями.

Сварочная технология считается новой в сравнении с остальными. Её активное развитие начинается со второй половины 20 века. С помощью сварочного аппарата можно разрезать металлические листы и соединять детали между собой.

Металл является твердым материалом, работая с которым нужно использовать специальное оборудования и разогревать заготовку. Обработка позволяет изменить размер и форму детали, а также улучшить её технические характеристики. С помощью методов декоративной работы с материалом можно украшать изделия, улучшая их внешний вид.

Металлообработка давлением

Это процедура, при которой не страдает целостность – верхний слой остается на месте. Но форма значительно меняется. Это осуществляется посредством штамповки, прессования или ковки. Часто процесс сопровождается нагревом элемента до температуры, превышающей температуру пластичной деформации. Например, кованые детали нагревают, затем делают несколько ударов. А для штампования используется одновременно две металлические фигуры, которые зеркально повторяют друг друга – матрица и пуансон. Между ними зажимается стальной лист.

Обработка с помощью резки

Разрезать можно как металлический лист, так и любой полый или сплошной элемент, например, жгут. Резать можно напрямую или применять фигурную процедуру. В первом случае возможны даже ручные ножницы по листовой стали, а во втором не обойтись без высокотехнологичных станков с пультом чистового управления.

Оборудования с ЧПУ высокого качества и по доступным ценам можно приобрести на сайте . Здесь представлен широкий ассортимент продукции для профессионального производства изделий из металла.

Циркулярной пилой – домашний вариант с невысокой точностью и большой трудозатратностью.
Болгаркой – тоже применяется в основном для использования дома.
Гильотиной – представляет собой станок, где лезвие с большой скоростью и под давлением опускается на рабочую зону.
Ленточнопильным аппаратом – оптимальный вариант, поскольку имеет множество технологических возможностей и дает ровные кромки.
Кислородная металлообработка – подходит для сплавов с низким содержанием легирующих компонентов. На материале может остаться оксидная пленка, которую нужно убрать.
Лазерная – лазер способствует образованию высоких температур, которые направлены на определенное место распиловки. Очень прогрессивный метод.
Плазменная – самый хороший и точный способ, при котором излишки вещества на месте плавления просто испаряются, оставляя очень чистые кромки.

Также резка производится на токарном, фрезерном и ином оборудовании – убирается верхний слой с помощью режущей кромки инструментов.

Сравнительная таблица режимов резания на разных станках

скорость;
глубина;
подача.

вращение резца;
движение шпинделя;
подача.

диаметр и длина сверла;
количество витков на инструменте;
путь (направление) врезания.

число зубьев, их шаг;
глубина;
скорость.

количество зерен на диске;
величина фракции абразивных веществ;
быстрота вращения.

Термические операции механической обработки металла

Для многих результатов требуется нагрев элемента с последующим охлаждением. Это позволяет увеличить прочность, изменить кристаллическую структуру, а также совершить деформации, например, ковку. Различают следующие виды термообработки.

Отжиг

В результате увеличения температуры до предела пластичности с последующим снижением жара вместе с печью уменьшается твердость, но становится проще обрабатывать деталь. Часто используется перед штампованием или ковкой.

Закалка

Это аналогичная процедура, но она включает еще один этап – повышенные градусы держат достаточно долго для того, чтобы структура стабилизировалась. А охлаждение происходит не медленно, а быстро – в минеральном масле или просто в воде. Это нужно для того, чтобы снять внутреннее напряжение, образованное после литья, а также для таких элементов, которые испытывают постоянное механическое воздействие в период эксплуатации.

Отпуск

Это повторный нагрев после закалки, который позволяет закрепить все проявившиеся качества, но при этом снизить повышенную хрупкость. Повторное нагревание значительно менее интенсивное.

Старение

Редко используется искусственная стимуляция процессов, которые происходят при стандартном изменении в течение времени.

Нормализация

Это изменение структуры – если сперва после литья химическая решетка с крупным зернами, то после операции она становится мелкозернистой. Это сильно повышает ковкость, но прочность не страдает. В статье мы рассказали про разные технологии механической обработке металла и показали фото. В качестве завершения темы посмотрим короткий ролик.

Химическая обработка

Чтобы понимать, как влияют химические вещества на заготовку, требуется знать, чем обработать металл. С помощью химикатов очищаются металлические поверхности от ржавчины и грязи. Также применяя гальванический процесс, позволяющий нанести защитное покрытие на заготовку. Химические вещества улучшает показатели устойчивости к коррозийным процессам. Существует несколько методов обработки материала химическими веществами:

Цементация — металл насыщается углеродом.
Борирование — при насыщении материала бором, увеличивается его показатель износоустойчивости.
Хромирование — хромом насыщаются только верхние слои металла. Устойчивость к коррозийным процессам увеличивается, но прочность не изменяется.
Азотирование — применяется для увеличения устойчивости металла к воздействию влаги и механическим повреждениям.

Также материалы могут покрываться защитным слоем алюминия.

Шлифование и фрезерование

Фрезерование — довольно занятная методика обработки металлических сплавов. Эта операция осуществляется с помощью фрез на специальном оборудовании. Принято различать торцевую, фасонную, периферийную и концевую обработку. А также фрезерование бывает получистовым, чистовым и черновыми. С применением фрез делаются всевозможные колодцы, канавки, шпонки, профиля и подсечки.

Шлифование же представляет собой уникальную процедуру, которая предназначена для увеличения качества поверхности и удаления лишнего металлического слоя. Такая мехобработка, как правило, осуществляется на финальной стадии производства детали, то есть она является чистовой. При этом применяются абразивные круги, поверхность которых усеяна множеством режущих зерен и абразивных частичек. В процессе работы заготовка подвергается сильному нагреву, потому мастера используют специальные жидкости для охлаждения и смазки.

Так специалистам удается предотвратить нежелательную деформацию или надкол обрабатываемого материала при работе. Мехобработка цветных металлических сплавов производится с применением приспособлений с алмазными рабочими элементами. Это позволяет добиться максимального качества создаваемого элемента.

Читайте также: