Резание металлов.

ПОДГОТОВКА КОНСТРУКЦИОН­НЫХ МЕТАЛЛОВ К ОПЕРАЦИЯМ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ. Выпускае­мый металлургической промышленностью стальной прокат разных профилей и се­чений поставляется машиностроительным заводам в виде прутков, полос и листов. Перед тем как приступить к изготовле­нию деталей машин, поступивший сталь­ной прокат разделяют в заготовительных цехах на мерные куски. Часть заготов­ленных мерных кусков стального проката поступает непосредственно в механиче­ские цехи. Другую часть в кузнечно-прессовых цехах перерабатывают в по­ковки и штамповки, которые по форме и размерам более близки к готовым деталям. Это позволяет в значительной степени сократить трудоемкость опера­ций, связанных с обработкой резанием. Часто из мерных кусков стального про­ката разных марок сваривают неразъем­ную заготовку, которую затем подверга­ют механической обработке резанием. При необходимости мерные куски стального проката перед механической обработкой поступают в термический цех для предварительной термической обра­ботки. Чугун, алюминий и частично сталь перерабатывают в фасонное литье нуж­ных форм и размеров, например при изготовлении корпусных деталей. Продукцию заготовительных произ­водств — кузнечно-прессовых, литейных, сварочных, термических и механических цехов,— предназначенную для последую­щей механической ОБРАБОТКИ резанием с целью изготовления из них необходи­мых деталей, принято называть заго­товками. Масса заготовок всегда больше мас­сы изготовленных из них готовых дета­лей. Избыток массы, определяющий раз­мер припуска, надлежит срезать с заго­товок в процессе механической обработ­ки. Удаление общего припуска с поверх­ностей заготовок осуществляется обычно за несколько технологических операций режущими инструментами разного вида путем деления его на межоперационные припуски. В теории и практике резания МЕТАЛЛОВ межоперационные припуски на обработку предопределяют глубину реза­ния. § 1.3. ЭЛЕМЕНТЫ РЕЗАНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА ОБРАБАТЫВА­ЕМЫХ ЗАГОТОВКАХ. Заготовки, пред­назначенные для изготовления деталей машин, имеют исходные поверхности. В процессе ОБРАБОТКИ резанием с заго­товки, слой за слоем, срезается припуск на обработку, в большинстве случаев прилегающий к имеющимся на заготов­ке поверхностям. За первый проход ре­жущего инструмента вместе с поверх­ностным слоем с заготовки срезается и ее исходная поверхность. При этом на заготовке образуется новая поверхность. За второй проход того же или другого режущего инструмента с заготовки среза­ется второй слой металла и вместе с ним поверхность, образованная во время пер­вого прохода инструмента. После второго прохода на заготовке опять образуется новая поверхность. В сплошном металле заготовок с по­мощью сверл могут быть изготовлены отверстия. При сверлении срезается огра­ниченная площадь исходной поверхности заготовки, равная площади поперечного сечения просверливаемого отверстия. По мере углубления сверла в металл в за­готовке образуется новая цилиндрическая поверхность. ПОВЕРХНОСТИ на заготовках, срезаемые за каждый очередной проход инструмента, принято называть обрабатывае­мыми поверхностями. Поверхно­сти на заготовках, вновь образуемые во время очередного прохода инструмента, называют обработанными по­верхностями. Промежуточную по­верхность, временно существующую в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями, принято называть поверхностью резания (рис. 1.1). ГЛУБИНА РЕЗАНИЯ. Чтобы срезать слой металла, оставленный на заготовке как припуск на обработку, лезвия инстру­мента должны проникнуть в металл на глубину, равную этому припуску. В этом случае весь припуск срезается за один проход инструмента. Если припуск велик, то его срезают за два прохода или более. Величину проникновения лезвий инстру­мента в металл заготовки во время каж­дого прохода принято называть глуби­ной резания. ГЛУБИНА резания обо­значается буквой t и выражается в миллиметрах. В большинстве случаев ОБРАБОТКИ ме­таллов резанием ГЛУБИНА резания опреде­ляется как расстояние между обрабаты­ваемой и обработанной поверхностями, измеряемое в направлении, перпендику­лярном обработанной поверхности (рис. 1.1). При сплошном сверлении отверстий ГЛУБИНА резания равна радиусу свер­ла. При торцовом фрезеровании ГЛУБИНА фрезерования равна ширине обрабатывае­мой заготовки, если она меньше диамет­ра фрезы. При точении, расточке, рас­сверливании, развертывании отверстий ГЛУБИНА резания выражается уравнением t = (D — d)/2, где D и d при наружной обточке — соответственно диаметр обра­батываемой и обработанной поверхно­стей, а при внутренней обработке, наобо­рот, D — диаметр обработанной поверх­ности и d — диаметр обрабатываемой по­верхности. ДВИЖЕНИЯ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЕ МЕХАНИЗМАМИ МЕТАЛЛОРЕЖУ­ЩИХ СТАНКОВ. Рабочий процесс реза­ния возможен только при непрерывном относительном взаимном перемещении обрабатываемой заготовки и лезвий ре­жущего инструмента. Обрабатываемые заготовки и режущие инструменты при­водятся во взаимосогласованные движе­ния МЕХАНИЗМАМИ металлорежущих стан­ков в соответствии с настройкой их кинематических цепей. Движения могут быть сообщены заготовке и инструменту одновременно, в последовательном по­рядке, чередуя Движения каждого из них, а также только одному из них — инстру­менту или заготовке. Кинематика станков основана на ис­пользовании механизмов, сообщающих исполнительным органам только два простейших Движения — вращательное и поступательное. Сочетания и количествен­ные соотношения этих двух движений определяют все известные виды ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ резанием. В процессе резания поступательное или вращательное дви­жение одного из исполнительных органов станка сообщает заготовке или режущему инструменту главное движение резания Dr, происходящее с наибольшей скоростью по сравнению с движениями других ор­ганов. § 2.4. БЫСТРОРЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МАР­КИРОВКА. Количество марок быстро­режущих сталей велико. При этом ха­рактерным для этой группы инструмен­тальных сталей является высокая степень легирования. Принципы маркировки быст­рорежущих сталей аналогичны конструк­ционным сталям, за исключением того, что вольфрам в них закодирован бук­вой Р, а не буквой В, в марках также опушены данные о содержании углерода и хрома. Основным легирующим элементом многих марок быстрорежущих сталей является вольфрам, который входит в сос­тав всех марок в количестве 5,5... 19,5 %. Вольфрам, взаимодействуя с углеродом, образует карбиды вольфрама, которые при термообработке равномерно распре­деляются по всему объему и не склонны к концентрации на границах зерен или в виде конгломератов. Присутствие в стали вольфрама в указанных количествах при­водит к тому, что углерод целиком оказывается связанным в сложные кар­биды и благодаря этому сталь приоб­ретает высокую твердость, температурой износостойкость. К недостаткам легиро­вания вольфрамом можно отнести лишь некоторое уменьшение теплопроводности стали. Кроме вольфрама быстрорежущие ста­ли легируют молибденом, ванадием и кобальтом. Действие молибдена на свойства стали аналогично вольфраму, но проявляется в более активной форме. Введение молибдена позволяет уменьшить содержание в стали дефицитного воль­фрама. Однако в связи с охрупчивающим воздействием содержание молибде­на в быстрорежущих сталях не превышает 5 %. Присутствие молибдена способствует повышению теплопроводных свойств сталей и тем самым снижению темпера­туры лезвий инструментов. Легирование ванадием приводит к заметному увеличе­нию контактной твердости стали, но уменьшает ее теплопроводность. В процес­се термообработки ванадий способствует образованию мелкозернистой мартенситной структуры и несколько снижает хрупкость. Поэтому ванадиевые быстро­режущие стали успешно работают при обработке материалов повышенной проч­ности и твердости, хотя и с ограни­ченными скоростями резания. Недостат­ком ванадиевых быстрорежущих сталей является склонность к появлению прижогов при шлифовании и заточке. Присут­ствие в стали кобальта повышает ее износостойкость и теплопроводность. Бла­годаря последнему свойству инструмента­ми из кобальтовых сталей можно про­изводить обработку резанием конструк­ционных сталей с более высокими по сравнению с другими быстрорежущими сталями скоростями резания, а также использовать их для ОБРАБОТКИ сталей повышенной твердости и пластичности. Быстрорежущие стали могут быть как одно-, так и многокомпонентными в за­висимости от числа основных легирую­щих элементов. Благодаря легированию одновременно несколькими компонентами можно в конкретных производственных условиях выбрать такую марку быстроре­жущей стали, которая обладает наиболее благоприятным сочетанием физико-меха­нических свойств. Химический СОСТАВ быстрорежущих сталей и деление их на группы в зависимости от легирующих элементов показаны в табл. 2.3. § 2.5. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МАР­КИРОВКА. Твердые СПЛАВЫ делятся на три подгруппы: волъфрамокобалътовую, условно обозначаемую буквами ВК, вольфрамотитанокобалътовую ВТК и вольфрамотитанотанталокобальтовую ВТТК. В СОСТАВ твердых сплавов той или иной подгруппы входят вольфрам, ти­тан, тантал, кобальт и углерод. При этом вольфрам, титан и тантал входят в сос­тав твердых сплавов в химически свя­занном состоянии, образуя твердые и температуростойкие карбиды вольфрама, ти­тана и тантала. углерод в твердых сплавах также присутствует только в хи­мически связанном в карбиды вышеуказан­ных элементов виде. кобальт входит в СОСТАВ твердых сплавов в химически не связанном (металлическом) состоянии, размещаясь между порошкообразными ча­стицами карбидов и связывая их в еди­ный монолит. Содержание кобальта в твердом сплаве определяет его механи­ческую прочность. Увеличение кобальта в твердом сплаве уменьшает хрупкость, но вместе с этим уменьшает твердость и износостойкость (табл. 2.5). В маркировке твердых сплавов бук­вами В и Т обозначается наличие в составе карбидов вольфрама, титана и тантала. Цифры в марках твердых сплавов показывают содержание (в про­центах) кобальта и карбидов титана В подгруппе ВТТК за буквами ТТ указы­вается суммарное содержание карбидов титана и тантала. Содержание карбидов вольфрама не указывается. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. По механической прочности твердые СПЛАВЫ в целом уступают инструментальным сталям. Предел прочности на растяжение у твердых сплавов настолько мал, что не позволяет им в рабочих условиях выдерживать растягивающие нагрузки, и они могут работать только на изгиб и сжатие (см. табл. 2.5). Значительно (в 2,5.. .3,2 раза) уступая инструментальным сталям по прочности на изгиб, твердые СПЛАВЫ обладают высоким пределом прочности на сжатие и по этому параметру соответствуют или даже превосходят инструментальные ста­ли. Из табл. 2.5 видно, что твердые СПЛАВЫ подгрупп ВК и ВТТК в 1,1... .. .3,5 раза имеют более высокие прочност­ные характеристики, чем твердые СПЛАВЫ подгруппы ВТК. Природная твердость твердых спла­вов, т. е. твердость, полученная непосред­ственно при их изготовлении без допол­нительной термообработки, превышает твердость термообработанных быстроре­жущих сталей и, измеренная по шкале А Роквелла, колеблется в пределах HRA 87.. .91. ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ. Кар­биды вольфрама и титана, составляющие основу твердых сплавов, обладают вы­сокой природной температуростойкостью. Увеличение содержания в твердом сплаве карбидов вольфрама, титана и тантала (см. табл. 2.5) при соответствующем уменьшении содержания кобальта ведет к повышению температуростойкости твер­дых сплавов. Особенно сильно на повы­шение температуростойкости влияет наличие в составе твердых сплавов карбидов титана и тантала. Высокая температуростойкость дает возможность вести твердосплавными ин­струментами обработку МЕТАЛЛОВ с вы­сокими скоростями резания с допуска­емой на лезвиях температурой свыше 1000°С. В этом заключается преимуще­ство твердых сплавов перед инструмен­тальными сталями. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВА­НИЕ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ. Из твер­дых сплавов разных марок промышлен­ностью изготовляется большая номенкла­тура пластинок различных стандартных форм и размеров. Твердыми, температуростойкими и износостойкими твердо­сплавными пластинками оснащают все виды токарных резцов и значительную часть фрез. Их устанавливают на зен­керах, развертках, протяжках, зуборезных и резьбонарезных инструментах. Но­менклатура инструментов, оснащенных твердыми сплавами, продолжает расти. Для высокопроизводительной ОБРАБОТКИ специальных конструкционных материа­лов мелкоразмерные сверла, зенкеры, развертки и фрезы целиком изготовляют из твердых сплавов.