Обработка деталей РЭС резаньем (стр. 1 из 5)

1. Основные сведения из теории резания и физические основы резания

Обработка на металлорежущих станках является наиболее распространенным методом формообразования поверхности твердых тел с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью. Например, в общей трудоемкости радиотехнических изделий бортового оборудования 20 - 35 % составляет трудоемкость механической обработки. В настоящее время проводится политика замены предварительных операций обработки резанием на более высокопроизводительные методы (обработка давлением, точное литье и др.), чтобы на металлорежущих станках проводить только заключительные операции по изготовлению деталей РЭС с целью дальнейшего снижения затрат труда и материалов на производство РЭС.

В основе процесса резания лежит деформация разрушения поверхностного слоя под действием внешних сил – сил резания.

Процесс удаления слоя материала обрабатываемой поверхности состоит в следующем (рис. 1).

Рис. 1

Под действием силы Р резец 2 в виде клина, передней плоскостью 3 вдавливается в верхний слой материала детали 1 и подвергают его упругой и пластической деформации. Затем, преодолев внутренние силы связи, резец отрывает частицы материала от основной массы путем сдвига по плоскости NN. При движении резца под действием силы Р процесс сдвига совершается непрерывно и с обрабатываемой поверхности удаляется слой материала толщиной z в виде стружки. Плоскость стружки NN и обрабатываемая поверхность расположены под углом ∆, который зависит от физико-механических свойств материала детали и колеблется в пределах 145 - 155^о. В процессе резания слой металла, прилегающий к обрабатываемой поверхности, упрочняется и при этом изменяется микро- и макроструктура верхнего слоя, повышается твердость, в нем возникают внутренние напряжения. В верхнем слое обнаруживаются макро- и микротрещины, что приводит к ухудшению физико-механических свойств (образуется дефектный слой на глубине от десятых долей микрометра до десятых долей миллиметра).

Производительность и экономичность процесса резания зависит, помимо материала детали, от свойств материала резца и формы его режущей части. Рациональная форма режущей части резца определяется в основном углами α и γ.

Угол, образованный передней плоскостью резца 3 и плоскостью ММ, перпендикулярной к обрабатываемой поверхности, называется передним углом γ. Угол γ предназначен для улучшения отвода стружки и уменьшения потерь энергии на трение стружки о переднюю плоскость резца.

Угол, образованный задней плоскостью резца 5 и поверхностью обработки 6, называется задним углом α. Он предназначен для уменьшения потерь на трение между этими поверхностями.

Угол, образованный передней 3 и задней 5 плоскостями резца, называется углом заострения β. Рациональные значения углов α и γ зависят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов и других факторов. Для различных марок металлов оптимальное значение угла α = 6 - 12^о, γ = 10 - 15^о, для обработки пластмасс α = 10 - 15^о, γ = 15 - 20^о.

Для изготовления режущих инструментов применяют материалы с высокой механической прочностью, износостойкостью и теплостойкостью: углеродистые инструментальные стали марок У10А, У11А, У12А; легированные стали 9ХВТ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС; быстрорежущие стали марок Р9, Р12, Р18; металлокерамические твердые сплавы, специальные марки керамики, технические алмазы и другие абразивные материалы; твердые сплавы: вольфрамовые ВК2, ВК3, ВК6; титано-вольфрамовые ТК4В, Т15К6, титано-тантало-вольфрамовые ТТ7К12, ТТ10К8Б.

Из углеродистых инструментальных сталей изготавливаются инструменты, работающие с малыми скоростями резания (метчики, плашки, развертки). Быстрорежущие стали применяются для изготовления различных режущих инструментов с последующей закалкой до твердости HRC 62-64, которую они сохраняют в процессе работы до температуры 615 – 620 ^оС. Из твердых сплавов изготавливают инструменты, работающие с большими скоростями резания, сохраняющие режущие свойства до температуры 800 – 900 ^оС. Режущие инструменты на основе твердых сплавов применяют для обработки закаленных сталей, стекла, керамики. Для резцов используют пластины из твердых сплавов, припаянных к стержню резца твердыми припоями или прикрепленных механическим способом. Технический алмаз изготавливается путем огранки и крепится на стержне резца твердым припоем. Алмазные резцы имеют высокую износостойкость, обеспечивают высокую производительность и низкую шероховатость поверхности, но применяются только для обработки цветных металлов и сплавов.

При обработке материала резанием вся механическая работа деформации материала заготовки переходит в тепло, которое, выделяясь в зоне резания, понижает режущие свойства инструмента, снижает его износостойкость и ухудшает физико-механические свойства материала изделия. По этой причине процесс резания ведут с охлаждением, для чего применяют смазочно-охлаждающие вещества. Они снижают температуру резца и детали, уменьшают силу трения и износ инструмента. При резании в месте контакта инструмента с обрабатываемым материалом могут возникать давления порядка 1000 - 3000 МПа и температура, близкая к температуре плавления материала, что затрудняет попадание смазочных веществ на поверхности обработки. Поэтому к смазочно-охлаждающим веществам предъявляются следующие требования: хорошая теплопроводность, хорошая прочность сцепления с охлаждающей поверхностью, высокая температура кипения, высокие антикоррозионные свойства. В качестве охлаждающих веществ применяют: жидкие - водные эмульсии масел (минеральные, животные и растительные масла с добавлением хлора, фосфора и серы, керосин, скипидар); газообразные - (воздух, азот, углекислый газ); твердые - (порошки парафина, воска, битума, порошки мыла и др).

Технологическим оборудованием при формообразовании деталей резанием являются металлорежущие станки. По способу осуществления процесса резания они делятся на следующие группы: токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, протяжные, шлифовальные, специальные и др. Технологические операции обработки деталей резанием по точности и чистота обработки делятся на предварительные и финишные.

2. Обработка деталей на станках токарной группы

На токарных станках производится обработка наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, торцевых плоскостей; нарезка резьбы внутренней и наружной резцами, метчиками и плашками; обрабатываются отверстия сверлами, зенкерами, развертками; накатывается рельеф и мелкомодульные зубчатые колеса и др.

На рис. 2 изображена упрощенная схема обработки наружной цилиндрической поверхности и на токарном станке с установленной деталью 5 в центрах 4,7.

Рис. 2

Передний центр 4 установлен в шпинделе 1 станка, а задний 7 установлен в пиноле задней бабки 6 станка. Скорость вращения сообщается детали шпинделем 1 через планшайбу 2 и поводковый хомутик 3. Механизмами подачи станка сообщается поступательное перемещение S резцу 8, закрепленному в суппорте, относительно заготовки 5, которая вращается со скоростью V.

В зоне резания на режущую кромку резца действует сила резания R, которую можно разложить на три составляющие: Р_x – осевую силу или усилие продольной подачи; Р_у – радиальную силу; Р_z – тангенциальную (касательную) силу. Сила резания определяется из соотношения

. (1)

На основании исследований между составляющими силы резания установлены следующие отношения:

Ру = (10,4 – 0,5) Рz,	(2)
Рz = (0,25 – 0,35) Рz.

Рис. 3

Тангенциальная составляющая P_zсоздает крутящий момент, приложенный к заготовке

М_к = Р_z ^.D/2, (3)

где D – диаметр заготовки.

Энергия, затрачиваемая на процесс резания, определяется как работа, совершаемая составляющими Р_xи Р_z; составляющая Р_у работы не совершает, так как в направлении действия этой силы перемещение отсутствует при обработке наружной поверхности.

Скорость перемещения в направлении силы Р_z равна скорости резания (м/мин), которая находится из соотношения

V = πDn/1000, (4)

где n – частота вращения (число оборотов об/мин). Скорость резания определяется экономической стойкостью режущего инструмента, механическими свойствами материала заготовки, внешними условиями резания.

Скорость перемещения резца в направлении силы Р_x (мм/мин)

V_s = n ^.S, (5)

где S – подача на оборот заготовки, мм

Эффективная мощность (КВТ) затрачиваемая на процесс резания равна

N_э = 981^.10^-5 (Р_z^.V + P_x^.V_s), (6)

А – мощность электродвигателя станка

N_ст = N_э/η , (7)

где η – КПД станка.

Объем металла, удаляемого с поверхности обработки в единицу времени

П = V ^.f , (8)

где f – площадь поперечного сечения снимаемой стружки.

Параметрами режима резания при токарной обработке являются: скорость резания V; подача S; глубина резания t, т.е. толщина снимаемого слоя за один проход резца.

Основное технологическое время (мин) равно

, (9)

где i – число проходов резца, необходимое для обработки данной поверхности; L – полная длина хода резца, учитывающая длину обработки l по чертежу, величину врезания y = ctg φ (φ – главный угол в плане резца), величину перебега ∆ (∆ = 1 - 2 мм, выбирается по нормативам).