Влияние температуры резания на характер стружкообразования

Рис.1.

 
При попутном фрезеровании толщина  срезаемого слоя меняется от максимального  значения до нуля. Исключается начальное  проскальзывание зуба, возникающие  силы резания стремятся прижать обрабатываемую заготовку к столу станка, что уменьшает вибрации. Все это способствует уменьшению шероховатости поверхности. Поэтому попутное фрезерование более целесообразно использовать при чистовой, а встречное – при черновой обработке заготовок.

Элементы режима фрезерования

1. Глубина резания  – толщина слоя металла, снимаемая фрезой за один проход, измеряемая перпендикулярно к обрабатываемой поверхности, мм.

2. Подача – поступательное (или вращательное) перемещение заготовки относительно фрезы.

При фрезеровании различают три  размерности подач:

- подача на один зуб фрезы , мм/зуб – перемещение заготовки относительно фрезы за время ее углового поворота на один зуб;

- подача на один оборот фрезы , мм/об – перемещение заготовки относительно фрезы за один ее оборот;

- подача в минуту , мм/мин – перемещение заготовки относительно фрезы в минуту.

Подачи связаны между собой  зависимостью

,

где: Z – число зубьев фрезы; n – частота вращения фрезы.

3. Скорость резания   – окружная скорость наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки фрезы

, м/мин

где: D – диаметр фрезы, мм.

4. Ширина фрезерования В – длина поверхности контакта фрезы с обрабатываемой заготовкой, измеренная в направлении, перпендикулярном направлению подачи, мм. 

 

Основные типы фрез

В зависимости от формы и назначения фрезы подразделяются:

1. Цилиндрические. Режущие зубья только на образующей. Бывают с левой и правой винтовой канавкой, – угол наклона винтовой канавки, служит для обеспечения фрезерования без вибраций. Фрезы предназначены для обработки плоских поверхностей. 

 

 

 

2. Торцовые. Имеют зубья на цилиндрической и торцовой поверхностях. Служат для обработки плоских поверхностей. Бывают со вставными зубьями, закрепленными в массивном корпусе. 

 

 

  

 

3. Дисковые. Бывают одно, двух и трехсторонние. Применяют для обработки уступов, пазов, боковых плоскостей на прямоугольных и круглых заготовках. Трехсторонняя фреза имеет режущие зубья на обоих торцах и на цилиндрической поверхности. Зубья на цилиндрической части могут располагаться параллельно оси или под углом. Двухсторонняя фреза имеет режущие зубья на одном торце и на цилиндрической части. Односторонняя (прямозубая) – только на цилиндрической части. 

 

4. Прорезные и отрезные. Применяются для прорезки узких пазов (шлицы) и разрезки заготовок.  

 

5. Концевые. Применяют для обработки плоскостей, пазов, уступов, криволинейных контуров по разметке и копиру. Имеют режущие кромки на цилиндрической части и на торце. 

 

 

  

 

6. Угловые. Применяются для обработки поверхностей, расположенных под некоторым углом. 

 

 

  

 

 

 

7. Фасонные. Применяют для обработки сложных фасонных поверхностей. Профиль фрезы соответствует профилю изделия. 

 

 

  

 

По конструкции зуба (по форме  задней поверхности) фрезы бывают с  острозаточенными и с затылованными  зубьями (рис.2).

Рис.2.

Фрезы с острозаточенными зубьями  имеют плоскую заднюю поверхность  зуба. Затачивают их по задней поверхности, высота зуба и объем стружечных канавок  при переточках уменьшаются

У фрез с затылованными зубьями их задняя поверхность выполнена по архимедовой спирали на специальных токарно-затыловочных станках. Передний угол , и их затачивают по передней поверхности. Основное их преимущество – сохранение постоянным профиля их зубьев при переточке, объем стружечных канавок увеличивается. Поэтому с затылованными зубьями изготавливают фасонные фрезы.

По конструктивным признакам фрезы  подразделяются на цельные и со вставными зубьями (ножами). Цельные фрезы изготавливают преимущественно из быстрорежущей стали. У фрез со вставными зубьями зубья изготавливают из быстрорежущей стали или оснащают пластинками из твердого сплава, а корпус выполняют из конструкционной стали. 

В зависимости от способа крепления  фрез на станке различают фрезы насадные, имеющие отверстие и закрепляемые на оправке, и фрезы концевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком. Для закрепления фрез с коническим хвостовиком используют конические втулки, для закрепления концевых фрез с цилиндрическим хвостовиком патроны. 

Для закрепления заготовок на фрезерных  станках применяют универсальные  и специальные приспособления. К  универсальным относят угольники, прихваты, призмы, машинные тиски. При выполнении многих работ – нарезании зубьев зубчатых колес, разверток, фрез, фрезеровании плоскостей многранников – нужно периодически поворачивать заготовку вокруг оси на требуемый угол. С этой целью используют делительные головки и поворотные столы. 

Процессы обработки отверстий 

Основными технологическими способами  обработки отверстий различной  степени точности и с различной  шероховатостью обработанной поверхности  являются сверление, зенкерование и  развертывание.

Сверлением (рис.3а) получают сквозные и глухие цилиндрические отверстия. Шероховатость поверхности после сверления Ra=12,5 – 6,3 мкм, точность по 11-14 квалитету. Отверстия диаметром больше 30 мм в сплошном материале обычно сверлят двумя свёрлами (первое – диаметром 0,2–0,4 заданного, второе – в размер отверстия).

Рассверливание (рис.3б) спиральным сверлом производят для увеличения диаметра отверстия. Диаметр отверстия под рассверливание выбирают так, чтобы поперечная режущая кромка в работе не участвовала.

Зенкерование (рис.3в) - технологический способ обработки предварительно просверленных отверстий или отверстий, изготовленных литьём или штамповкой. Точность зенкерования 10-11 квалитет, шероховатость поверхности Ra=6,3 – 3,2 мкм. Зенкерование может быть и окончательной операцией при обработке просверленных отверстий по 11-13 квалитетам или для получистовой обработки перед развертыванием.

Развертыванием (рис.3г) получают отверстия повышенной точности (5-7 квалитет) с низкой шероховатости до Ra=0,4 мкм. Развертывают цилиндрические и конические отверстия. Для развертывания конических отверстий цилиндрические отверстия в заготовке сначала обрабатывают коническим ступенчатым зенкером (рис.3к), затем конической разверткой (рис.3л) со стружкоразделительными канавками и окончательно – конической разверткой (рис.3м) с гладкими режущими кромками.

Отверстия диаметром до 10 мм развёртывают после сверления, а свыше 10 мм –  после сверления и зенкерования. Перед развёртыванием необходимо тщательно  обработать торцовую поверхность детали, чтобы развёртка вошла в отверстие без перекоса.

При развёртывании большое число  зубьев одновременно участвует в  резании. Развёртывание характеризуется  небольшой глубиной резания (t = 0,05 – 0,3 мм), что способствует малой шероховатости и высокому качеству обработки.

Зенкованием обрабатывают цилиндрические (рис.3д) и конические (рис.3е) углубления под головки болтов и винтов. Обработку ведут зенкерами специальной конструкции, называемыми зенковками. Некоторые (рис.3д) зенковки имеют направляющую часть, которая обеспечивает соосность углубления и основного отверстия.

Цекованием (рис.3ж) обрабатывают торцовые плоскости, которые являются опорными поверхностями головок винтов, болтов, гаек. Перпендикулярность торца основному отверстию достигается наличием направляющей части у цековки.

Нарезание резьбы производят метчиком (рис.3з).

Комбинированным инструментом получают сложные поверхности (рис.3и).

При сверлении, зенкеровании и развертывании  обычно режущему инструменту сообщают главное движение резания – вращающее  движение режущего инструмента и движение подачи – осевое перемещение режущего инструмента. При нарезании резьбы метчиками инструмент получает только вращательное движение, а принудительная подача отсутствует, т.к. метчик – инструмент самоподающийся.

 

 

Рис.3. Виды обработки отверстий  на сверлильных станках 

 

Элементы режима резания

Элементами режима резания при  осевой обработке отверстий являются:

1. Скорость резания V – это окружная скорость точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси инструмента

, м/мин,

где: D – диаметр инструмента, мм; n – частота вращения инструмента, об/мин.

2. Подача S равна величине перемещения инструмента вдоль оси в мм за один оборот.

3. Глубина резания t (мм) при сверлении равна половине диаметра сверла , а при рассверливании, зенкеровании, развертывании . 

 

 

                                           Режущий инструмент

Для обработки деталей на сверлильных  станках применяют сверла, зенкеры, развертки, метчики и комбинированные инструменты.

Сверла по конструкции подразделяют на спиральные, центровые и специальные. Самые распространенные из них спиральные, предназначены для сверления и рассверливания отверстий, глубина которых не превышает 10 диаметров сверла.

Конструкция спирального сверла представлена на рис.4, а элементы и углы – на рис.5.

Рабочая часть сверла имеет две  спиральные канавки и заканчивается  заборным конусом - режущей частью. В пересечении винтовых канавок  с конусом (передней и главной задней поверхностей) образуются две главные режущие кромки, выполняющие основную работу резания.

Главные режущие кромки при сопряжении друг с другом образуют поперечное лезвие - перемычку (вспомогательная  режущая кромка). Перемычка располагается относительно главных режущих кромок под углом  и режет металл с затруднением. В связи с этим отверстия диаметром более 30 мм просверливаются в два приема. Сначала сверлится отверстие диаметром, немного превышающим длину перемычки сверла, а затем отверстие рассверливается до необходимого диаметра.

Для уменьшения трения направляющей части сверла о стенки просверливаемого отверстия ее диаметр имеет переменное сечение, уменьшающееся к хвостовику. В этих же целях наружная поверхность направляющей части сверла профрезерована и оставлены две выступающие ленточки, расположенные вдоль винтовых канавок. Кромки ленточек зачищают цилиндрическую поверхность просверливаемого отверстия, поэтому их считают вспомогательными режущими кромками. Таким образом, у спирального сверла имеется пять режущих кромок — две главные, поперечная и две вспомогательные. Две главные режущие кромки образуют угол при вершине (угол в плане) 2 . Для сверления мягких материалов 2 =80–90о, для твердых и хрупких 2 =130–140о. Стандартные сверла рассчитаны на сверление конструкционных сталей и имеют угол 2 =116–118о. Угол наклона винтовой канавки  определяет положение передней поверхности сверла, а, следовательно, и передний угол резания.

Рис.4. Конструкция спирального  сверла

1 – рабочая часть; 2 – направляющая  часть; 3 – режущая часть; 4 – шейка; 5 – лапка; 6 – хвостовик (конический  или цилиндрический) 

 

Рис. 5. Элементы и углы спирального  сверла

1 – спиральная канавка (передняя  поверхность); 2 – главная задняя  поверхность; 3 – главные режущие  кромки; 4 – перемычка (поперечное режущее лезвие); 5 – вспомогательные режущие кромки; 6 – ленточка. 

Передний угол  измеряют в главной секущей плоскости II-II, перпендикулярной главной режущей кромке (рис. 5). В разных точках режущего лезвия передний угол различен: наибольший – у наружной поверхности сверла ( ), наименьший – у перемычки.

Задний угол  измеряется в плоскости I-I, параллельной оси сверла. У наружной поверхности сверла =8–12о, у оси =20–25о. Угол наклона винтовой канавки измеряется по наружному диаметру и обычно составляет 18–30о. С увеличением угла  уменьшается прочность сверла, поэтому у сверл малого диаметра меньше, чем у сверл большого диаметра.

Зенкеры используют для обработки отверстий, предварительно полученных литьем, штамповкой или сверлением. По форме рабочей части зенкеры делятся на прямозубые и спиральные. Спиральные зенкеры внешне похожи на сверло, но имеют не две, а три или четыре винтовые канавки меньшей глубины, чем канавки сверла. Небольшая глубина канавок определяет его большую жесткость, чем у сверла, что позволяет получить более точное отверстие, а наличие большего числа режущих лезвий (3–4) обеспечивает меньшую величину шероховатости. Перемычки зенкер не имеет, поэтому он не может работать в сплошном материале, а может лишь увеличивать диаметр отверстия на 1–6мм.

Спиральный цилиндрический зенкер (рис.6.), так же как и сверло, имеет  рабочую часть(6), шейку(2) и хвостовик(4).

Рис.6. Конструкция цилиндрического  зенкера 

 

На рабочей части (6) выделяют следующие  элементы: заборный конус с режущими лезвиями - режущая часть(1); калибрующая  часть (5), обеспечивающие направление  зенкера и калибровку отверстия.

Геометрические параметры зенкера: угол в плане = 45–60о   (2 = 90–120о); угол наклона винтовых канавок = 10-300; передний угол у зенкера с тремя канавками  = 20–30о; с четырьмя = 12–15о;задний угол = 8–10о.

Зенкеры изготовляются цельными, сварными и сборными (с пластинками из твердого сплава). По назначению зенкеры бывают цилиндрические, конические, ступенчатые (Рис.7).

В качестве последней (отделочной) операции обработки отверстий применяется  развертывание, осуществляемое инструментом - разверткой. Развертка внешне похожа на зенкер, но отличается от него большим числом режущих лезвий (от 6 до 12) , более пологой режущей (заборной) частью и меньшей глубиной канавок. Последнее предопределяет припуск на развертывание: для чернового развертывания он составляет 0,1–0,4 мм на диаметр, для чистого – 0,05–0,2 мм. Конструкция развертки показана на рис.8. Развертка, как и зенкер, состоит из рабочей части, шейки и хвостовика.