Технологический процесс обработки конструкционных ма­териалов резанием состоит в снятии с заготовки слоя метал­ла (припуска на механическую обработку) режущим инстру­ментом для придания ей (заготовке) требуемых точности размеров и качества поверхности. В качестве конструкцион­ных материалов широко применяются стали, сплавы цветных металлов, пластмассы, керамика, композиционные материа­лы, резина, древесина, стекло и другие материалы.

Обработка заготовок деталей машин резанием ведется в механических цехах машиностроительных заводов. Заготов­ками для механических цехов являются: прокат (круглый, квадратный, полосовой и др.), поковки, штамповки и отлив­ки. Выбор заготовки зависит от материала, размеров и формы детали, условий ее работы, типа производства. При проектировании машины конструктор определяет вид наибо­лее рациональной заготовки, максимально приближенной по форме и размерам к готовой детали, так как величина при­пуска на последующую механическую обработку влияет на трудовые и финансовые затраты при изготовлении детали в целом. Снижение величины припуска на механическую обра­ботку — один из важнейших факторов повышения произво­дительности труда в машиностроении. Среди главных пока­зателей качества детали в машиностроении — точность раз­меров ее и шероховатость поверхности, поскольку эти пока­затели существенно влияют на характер динамических про­цессов в машине и ее механизмах, особенно если машина ра­ботает на повышенных скоростях, при высоких рабочих на­грузках, температурах и т.п. От точности обработки и качества поверхности деталей зависят надежность и долго­вечность изделия.

Сущность процесса резания заключается в возникновении под действием режущего инструмента упруго-пластических деформаций, в результате которых срезаемый пластически деформированный слой металла отделяется в виде стружки.

Для осуществления процесса резания не­обходимо наличие относительных движений между инстру­ментом и заготовкой, которые называются движениями реза­ния. Процесс обработки деталей резанием характеризуется элементами режима резания, основными из которых являют­ся скорость резания, подача и глубина резания.

Элементами режима резания для токарной обработки служат:

Скорость резания V — путь, пройденный обрабатываемой поверхностью заготовки в единицу времени, м/мин:

где D — диаметр заготовки, мм; n — число оборотов заготовки в минуту, об/мин.

Подача — путь, пройденный режущим лезвием резца от­носительно обрабатываемой поверхности заготовки за один ее оборот S, мм/об.

Глубина резания — толщина срезаемого слоя металла с обра­батываемой поверхности заготовки за один проход резца, мм:

где D — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; d — диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Время, в течение которого происходит снятие припуска на механическую обработку, называется машинным Т_м или ос­новным временем Т_о и определяется по формуле

где L — путь инструмента в направлении подачи, мм;  h — припуск на механическую обработку, мм; n — число оборотов заготовки в минуту; S — величина припуска на механи­ческую обработку, мм; t — глубина резания, мм.

Сокращение машинного времени в результате уменьшения величин L, h или увеличения параметров процесса резания n, S, t является важным фактором повышения производитель­ности труда.

Время, необходимое на обработку одной заготовки Т_шт (штучное время), рассчитывается по формуле

 ,

где Т_м — машинное время; Т_в — вспомогательное время, необхо­димое для установки и снятия заготовки, подвода и отвода ин­струмента и т.п.; Т_обсл — время обслуживания оборудования, рабочего места, поддержания инструмента и приспособлений в рабочем состоянии; Т_п — время перерывов на отдых рабочего, от­несенное к одной заготовке.

Снижение Т_м и Т_шт ведет к повышению производитель­ности труда.

Существуют следующие способы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, строгание, шлифование.

Рис. 4.1. Виды обработки резанием:

а – точение; б – фрезерование; в – сверление; г – строгание; д – шлифование

Точение – процесс обработки металлов резанием наруж­ных, внутренних и торцовых поверхностей тел вращения ци­линдрической, конической, сферической и фасонной форм, а также процесс нарезания наружной резьбы на заготовках, растачивание отверстий. Инструментом при точении служат токарные резцы. Разновидности точения следующие: черно­вое точение – обдирка, отрезка и подрезание торцов заго­товки; получистовое точение; чистовое точение; тонкое точе­ние и растачивание. Точение производят на станках токарной группы, а также на расточных, агрегатных и комбинированных стан­ках.

Обтачивание разделяется на черновое и чистовое. При черновом обтачивании снимается значительное количество стружки. Нормальный припуск составляет 2…5 мм. В результате чернового обтачивания получают 12 – 14 квалитет точности и шероховатость поверхности Ra = 50…6,3 мкм, чистового – 10 – 8 квалитет точности и шероховатость поверхности Ra = 6,3…0,4 мкм. На рис. 4.2 изображены виды токарной обработки.

Рис. 4.2. Виды токарной обработки

Обтачивание наружных поверхностей производят различными резцами: обтачивание цилиндрической поверхности (рис. 4.2, а); конической – рис. 4.2, б; фасонной – рис. 4.2, в. Отрезание частей заготовок и протачивание кольце­вых канавок производят отрезными резцами (рис. 4.2, г).

Растачивание предварительно просверленных или полученных при заготовительных операциях отверстий выполняются обдирочными резцами и чис­товыми резцами с закругленной режущей кромкой (рис. 4.2, д). К группе фасонных резцов относятся и резьбовые рез­цы (рис. 4.2, е), которые также могут быть круглы­ми.

Сверление — процесс образования отверстия в сплош­ном материале. Сверлением также обрабатывают предварительно получен­ные отверстия для увеличения их размеров, повышения точ­ности и снижения шероховатости поверхности. Кроме того, производят нарезание резьбы в отверстиях. Инструментом при сверлении служат: сверла, зенкеры, развертки, метчики и др.

Сверла разделяются на спиральные, центровочные, перовые, сверла с пластинками из твердых сплавов и свер­гла для глубоких отверстий.

Чаще всего для сверления применяют спиральные сверла. Рабочая часть спирального сверла показана на рис. 4.3.

Спиральные сверла изготавливают диаметром от 0,10 до 80 мм. На шейку наносится маркировка сверла. Угол j (угол при вершине сверла) для различных материалов разный. Для сверления стали и чугуна угол j берется равным 116…118°. Для мягких материалов (алюминия, баббита и др.) он составляет от 80 до 115°.

Центровочные сверла (рис. 4.4, а) применяют для сверления центровых отверстий для установки заготовок в центрах. Эти сверла делают комбинированными и дву­сторонними для лучшего использования инструменталь­ной стали.

Перовые сверла (рис. 4.4, б) выполняют в виде ло­паток. Применяются они редко, в основном при сверле­нии отверстий в твердых поковках и литье.

Сверла с пластинками из твердых сплавов (рис. 4.4, в) изготавливают диаметром от 3 до 50 мм и применяют для сверления отбеленного чугуна, твердых сталей и т. п.

Сверла для глубокого сверления (рис. 4.4, г) — изготавливаются диаметром от 6 до 100 мм для работы на специальных сверлильных станках, причем в большинстве случаев сверлу сообщается лишь движение подачи, а главное дви­жение (вращательное) сообщается заготовке. Глубокими отверстиями считают отверстия, имеющие глубину, в пять и раз более превышающую их диаметр.

Зенкерование - это обработка резанием стенок или входной части отверстия; оно производится по черновым отверстиям в отливках и поковках или по отверстиям, просверленным заранее. Цель зенкерования — получение более точных разме­ров отверстий и положения их осей, обработка торцевой (входной) части отверстия под головку винта.

Для зенкерования применяют зенкеры:

а) цельный трехперый зенкер (рис. 4.5, а) — для обработки отверстий диаметром до 30 мм. Он внеш­не напоминает спиральное сверло, но так как его назна­чением является лишь расширение отверстия, ранее об­разованного в заготовке, режущие кромки зенкера корот­кие. На боковой поверхности зенкера имеются три канав­ки, глубина которых меньше, чем у сверла, вследствие чего тело зенкера жестче, чем у спирального сверла.

б) четырехперые зенкеры (рис. 4.5, б) — для обработки отверстий диаметром до 100 мм;

в) кони­ческие зенкеры (рис. 4.5, в) — для снятия фасок в отверстиях.

Развертывание — это операция об­работки резанием стенок отверстий с целью получения высокой точности и чистоты поверхности.

При развертывании со стенок предварительно обрабо-танных (сверлением и зенкерованием или только свер­лени-ем) отверстий снимается слой металла в несколько десятых миллиметра. Отверстия получаются: при нормальном развертывании в пределах 11 — 10 квалитетов, Rа = 12,5…0,8 мкм; при точном развертывании в пределах 9 — 7 квалитетов, Rа = 6,3…0,4 мкм; при тонком развертывании в пределах 6 — 5 квалитетов, Rа = 3,2…0,1 мкм.

По форме обрабатываемого отверстия развертки де­лятся на цилиндрические (рис. 4.6, а) и конические (рис. 4.6, б).

Рис. 4.6. Развертки

По способу применения развертки делятся на машинные и ручные.

По конструкции развертки подразделяются на цель­ные и сборные со вставными ножами.

Фрезерование — высокопроизводительный метод обработ­ки резанием, осуществляемый многолезвийным инструментом, называемым фрезой. Фрезерование применяется как при гру­бой, так и при тонкой обработке. Этим методом обрабатывают горизонтальные плоскости заготовок, вертикальные плоскос­ти, комбинированные поверхности, уступы и прямоугольные пазы, фасонные пазы и фасонные поверхности.

Фрезерованием называют операцию механической обработки резанием, при которой многолезвийный инструмент — фреза — имеет вращательное (главное) движе­ние, а обраба-тываемая заготовка — поступательное (дви­жение подачи) (рис. 4.7).

По назначению фрезы делятся на следующие:

а) для обработки плоскостей — цилиндрические (рис. 4.8, а) и торцовые (рис. 4.8, в);

б) для обработки пазов и шлицев — дисковые (рис. 4.8, б);

в) для обработки фасонных поверхностей — фасонные, модульные (рис. 4.8, г);

г) для разрезки металлов — отрезные (пилы круглые).

Цилиндрические фрезы (рис. 4.8, а) применяют для обработки плоскостей на гори-зонтально-фрезерных станках.

Помимо цельных цилиндрических фрез, применяют сборные цилиндрические фрезы, ножи которых изготавливают из быстрорежущей стали и оснащают твердыми сплавами.

Торцовые фрезы применяют для обработки плоскостей на вертикально-фрезерных продольно-фрезерных и других фрезерных станках. Режущие кромки этих фрез расположены как со стороны торца, так и со стороны боковой поверхности фрезы. Эти фрезы изготовляют цельными или со вставными ножами — зубьями (рис. 4.8, в).

Рис. 4.8. Фрезы

Дисковые фрезы (рис. 4.8, б) изготовляют обычно трехсторонними с режущими кромками по образующей цилиндра и по обоим торцам.

Фасонные фрезы приведены на рис. 4.8, г, они применяются для обработки фасонных поверхностей, а также для нарезания зубьев зубчатых колес. Каждая фреза пригодна для получения зубьев только данного модуля и зубчатых колес лишь одного определенного интервала количества зубьев.

Шлифование — это процесс обработки резанием поверхностей деталей абразивными инструментами. Удаление припуска с заготовки при шлифовании производится огромным множеством миниатюрных резцов — абразивных зерен, соединенных связкой (шлифовальный круг) так, что между ними имеется пространство для размещения стружки.

Процесс шлифования характеризуется высокими скоростями резания и малой толщиной срезаемого слоя металла. Каждое зерно шлифовального круга срезает очень тонкую стружку, но так как одновременно в работе участвует большое количество зерен, а скорость резания велика, в единицу времени срезается большое количество металла. В зоне резания выделяется большое количество теплоты, и мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, образуют пучок искр.

Шлифование — отделочный метод обработки, позволяющий достичь высокой точности размеров детали и низкой шероховатости обработанной поверхности. Во многих случаях шлифование является операцией, которую трудно заменить какой-либо другой обработкой. Например, обработка закаленных сталей, чугунных отливок, зачистка проката, окончательная обработка заготовок с минимальным припуском на механическую обработку без предварительной обработки лезвийным инструментом осуществляется шлифованием.

Рис. 4.9. Виды шлифования: а — на круглошлифовальном станке;

б — на плоскошлифовальном станке

Шлифование применяют для обработки различных внешних цилиндрических (рис. 4.9, а) и плоских поверхностей (рис. 4.9, б), а также для обработки отверстий, обычно у деталей, подвергнутых закалке, и реже для незакаленных деталей и деталей из цветных металлов и сплавов.