Сущность процесса резания конструкционных материалов. Оптимизация назначения режимов резания.

Все конструкционные материалы можно условно разделить на однородные и композиционные, металлические и неметаллические.

Металлы – химические элементы, образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью между атомами.

Сплавы– твердые вещества, образованные сплавлением двух или более компонентов. Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов цветными.

Неметаллические материалы– неорганические и органические материалы, композиционные материалы на неметаллической основе, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, графит, стекло, керамика и т.д.

Полимеры– вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.

Композиционные материалы. Они представляют собой материалы, полученные искусственным путем из двух и более различных материалов, сильно отличающихся друг от друга по свойствам. В результате композиция по своим свойствам существенно отличается от свойств составляющих компонентов, т. е. получаемый материал имеет новый комплекс свойств. В состав композиционных материалов могут входить как металлические, так и неметаллические составляющие.

Основные виды обработки конструкционных материалов. Среди них наибольшее применение находят способы обработки без снятия стружки (литье, штамповка, прокат и другие) и с удалением поверхностного слоя путем срезания стружки. Основные виды обработки металлов резанием: точение, сверление, фрезерование, строгание и шлифование.

Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения. Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении резца (движение подачи).

Сверление является основным способом получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплошном материале заготовки.

Протягивание является высокопроизводительным методом обработки деталей разнообразных форм, обеспечивающим высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Применяется протягивание в крупносерийном производстве.

При фрезеровании главным движением является вращательное движение инструмента - фрезы. Движение подач сообщается заготовке

 Cтрогание и долбление.Данные методы обработки не являются прогрессивными, так как главное движение резания является возвратно-поступательным. Срезание стружки производится только в одном направлении при незначительной скорости резания. Обратно инструмент (резец) возвращается на холостом ходу. Подача резца осуществляется в поперечном к скорости главного движения направлении через каждый двойной ход на небольшую величину. Оба метода находят применение в единичном или мелкосерийном производствах в качестве замены фрезерования и протягивания

Шлифование - процесс отделочной обработки с применением абразивных инструментов (кругов). При шлифовании кругу сообщается быстрое вращательное движение - главное движение резания. Заготовке - медленное - движение подачи. Абразивный круг в своем составе имеет абразивные зерна, обладающие высокой твердостью и режущей способностью. Зерна в круге скреплены между собой связкой. Кроме связки в состав круга входят поры.

 Изделие и его качество.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).

Надежность машин во многом зависит от точности обработки деталей, качества обработанных поверхностей и точности сборки. Под точностью обработки понимают точность выполнения размеров, формы и взаиморасположения поверхностей. Точность выполнения размеров определяется отклонением фактических размеров обработанной поверхности детали от ее конструктивных размеров, указываемых на рабочем чертеже.

Под точностью формы поверхностей понимают степень их соответствия геометрически правильным поверхностям.

Одним из показателей качества обработанной поверхности служит шероховатость. Шероховатостъ поверхности - это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах определенного ее участка. Шероховатость характеризует среднее арифметическое отклонение профиля от среднего значения высоты неровностей и другие параметры. Чем выше требования, предъявляемые к точности и качеству поверхностей, тем длительнее процесс обработки заготовки и сложнее технологический процесс изготовления.

Точность и качество значительно повышаются при обработке заготовок в автоматизированном режиме на станках с ЧПУ.

 Производительность изготовления определяет число деталей, изготовляемых в единицу времени: Q = 1/T, где время Т (мин) включает в себя основное (технологическое), подготовительно-заключительное, вспомогательное время и время оргтехобслуживания.

Наибольшей производительности достигают при работе с наибольшими подачей, глубиной резания и скоростью резания при наименьшей длине обрабатываемой поверхности и наименьшем припуске на обработку. При увеличении S_np и t производительность возрастает, но качество поверхности резко падает, поэтому обработку заготовок следует вести на таких режимах резания, при которых обеспечиваются высокие точность обработки и качество поверхностей при рациональной производительности.

Основные преимущества и недостатки обработки материалов резанием.

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.

Резание — это технологический процесс разрушения связей меж­ду частицами обрабатываемого материала по заданной поверхно­сти с целью получения изделия требуемых размеров, формы и ше­роховатости.

Процесс резания может быть реализован разнообразными спо­собами. По виду объекта, действующего на заготовку, различают: резание твердым резцом, световым лазерным лучом, гидравличес­кой струей и другими носителями энергии. Основным в современ­ной технологии обработки древесины является процесс резания твердыми резцами из металлов или твердых сплавов, или резцовое резание.

При резании образуется стружка, её элементы последовательно скалываются.

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.)

Элементы резца.Для обработки древесины резанием применяют различные по конструкции режущие инструменты, имеющие один (ножи), несколько (фрезы) или много (пилы) резцов. Резец (рис. 4, а) имеет форму клина. В резце различают: переднюю грань abdf, заднюю acef и -две боковые аЬс и fde. Передняя грань расположена со стороны снимаемой стружки, задняя обращена к обработанной поверхности.

К элементам режимов резания при точении относят : глубину резания t; подачу S, скорость резания V, площадь сечения срезаемого слоя f.

1) Глубина резания t, мм - кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями

2) 2) Подача S - величина , определяющая перемещение резца относительно обрабатываемой детали.

3) 3) Скорость резания V, м/мин - относительная скорость взаимного перемещения заготовки и инструмента

4) 4) Геометрия и размеры слоя металла, срезаемого резцом. Поток стружки, действующий на переднюю поверхность резца в процессе точения определяет интенсивность сил резания и тепловыделения. Характеристикой этого дей

5) ствия принято считать площадь f сечения металла, срезаемого резцом за один оборот заготовки

Стойкость режущего инструмента.

• Стойкость инструмента – это его способность сохранять свое служебное назначение при работе до критериального износа.
• Время работы инструмента между его двумя последовательными переточками (заменами) называется периодом стойкости (Т). Период стойкости (для краткости – стойкость) инструмента может определяться и количеством обработанных деталей.
• Период стойкости режущего инструмента зависит от его типа, свойств обрабатываемого и инструментального материала, элементов режима резания, геометрии и конструкции инструмента, СОТС, а также от типа оборудования (универсальные станки, автоматические линии, гибкие производственные системы (ГПС)).
• Одним из основных факторов, определяющих период стойкости инструмента, является скорость резания. Это обусловлено тем, что в зависимости от скорости изменяется температура в зоне резания.

Условия эффективной обработки материалов резанием.

Вибрации, возникающие при обработке резанием, до 5 раз снижают стойкость режущего инструмента. На практике иногда используется и прямо противоположный способ интенсификации механической обработки — наложение вибраций.

Наибольшее влияние на эффективность процесса резания оказывает выбор оптимальных режимов резания и конструкции режущего инструмента, включая его геометрию, инструментальный материал и упрочняющее покрытие.

Оптимизация режимов обработки: удовлетворение заданных критериев производительности, себестоимости и качества за счёт повышения режимов резания, износостойкости инструмента, снижение напряжений и температур на обработанной поверхности