Проектирование маршрута технологического процесса механической обработки заданной детали

 

    

    Рис. 7.1. Схема влияния различный факторов на стойкость резцов с износостойким  покрытием 

    Инструмент из сплавов группы ВК не рекомендуется для обработки углеродистых и легированных сталей, из-за того что зерна карбида вольфрама в этом случае подвергаются интенсивному диффузионному и адгезионному изнашиванию. Твердосплавный инструмент из группы ТК предназначен для обработки конструкционных сталей, которые имеют большую твердость и теплостойкость, но меньшую теплопроводимость, чем сплавы группы ВК.

    Сплавы  группы ТК значительно лучше сопротивляются изнашиванию. При обработке заготовок  с неравномерным припуском, когда возможны ударные нагрузки при входе и выходе инструмента и прерывистом резании, целесообразно использовать твердосплавные пластины группы ТТК.

    Минералокерамические  пластины позволяют повысить производительность чистовой обработки заготовок. Если предельной скоростью резания пластин из твердого сплава является 10 м/с, то для керамических пластин — 15...18 м/с.

    При обработке сталей допустимый износ  по задней поверхности керамических пластин для проходных и расточных  резцов составляет 0,2...0,3 мм, чугуна 0,3...0,5 мм.

    Применение  сверхтвердых синтетических материалов (композитов) позволяет значительно  расширить технологические возможности  метода токарной обработки заготовок. Например, режущие свойства резцов из эльбора Р (композит 01) значительно выше, чем резцов с пластинками из твердого сплава и минералокерамики. С увеличением твердости обрабатываемой стали преимущество резцов из эльбора Р значительно повышается, так как их стойкость при точении закаленных сталей будет выше в 5...20 раз по сравнению с минералокерамическими и твердосплавными резцами.

    Область применения алмазных режущих элементов  при чистовой токарной обработке  постоянно возрастает, но при этом следует учитывать особенности  такого инструмента. На режущей кромке алмазного резца вначале образуются микротрещины, затем в них попадают микрочастицы металла, которые, постепенно накапливаясь, создают в микротрещине расклинивающее действие, тем самым формируя все более благоприятные условия для накопления новых микрочастиц обрабатываемого материала. Оценку износа алмазных резцов проводят по задней поверхности. Допустимым является износ в пределах 0,2...0,4 мм.

    В качестве инструментальных сверхтвердых материалов используют синтетические  поликристаллы алмаза, нитрида бора и композиты. Синтетические и природные алмазы применяют главным образом для обработки цветных металлов, пластмасс и керамики, в меньшем объеме — для обработки закаленных сталей и чугунов.

    Резцы являются наиболее распространенными  режущими инструментами. Ежегодно в  машиностроительной промышленности России используется около 300 млн резцов, большинство из которых изготовлено из твердых сплавов, поэтому расширение их технологических возможностей имеет большое народнохозяйственное значение.

    Применение  многогранных, круглых и фасонных твердосплавных пластин с износостойким покрытием алмазных и заменяющих их вставок позволяет по-иному решать вопросы эксплуатации инструмента, выбора режимов резания, применения оборудования технологической оснастки и средств автоматизации. Расширяется диапазон конструкций державок резцов и режущих пластин, имеющих различную геометрическую форму, зависящую от обрабатываемых поверхностей.

    Неперетачиваемые  пластины делят на двусторонние и  односторонние. На первый взгляд двусторонние пластины предпочтительнее, так как количество режущих кромок у них в 2 раза больше, чем у односторонних пластин, однако у них площадь, контактирующая с опорой поверхностью головки резца, меньше, что повышает вероятность их разрушения. Поэтому двусторонние пластины целесообразно использовать для легких и средних условий работы, а односторонние - для тяжелых.

    На  неперетачиваемых пластинах стружколомающие  канавки могут быть получены в  процессе прессования или шлифования. Пластины со шлифованными канавками  рекомендуется применять для обработки алюминиевых и других цветных металлов и сплавов.

    Резцы с круглыми пластинами могут принудительно  вращаться, самовращаться или не вращаться. В последнем случае пластины по мере износа поворачиваются на заданный угол (аналогично многогранным неперетачиваемым пластинам). Крепление самовращающихся пластин зависит от их конструкции и предъявляемых требований к процессу обработки. Режущие круглые пластины изготавливаются совместно с осью или со сквозным отверстием.

    Вращение  пластины происходит из-за сил трения, возникающих между режущей и обрабатываемой поверхностями. Направление вращения зависит от того, к какой (к обрабатываемой или к уже обработанной) поверхности заготовки обращена задняя поверхность пластины. Соответственно, существует понятие прямого и обратного резания. В том случае, когда задняя поверхность пластины обращена к обработанной поверхности, вращение пластины совпадает с направлением подачи (прямое резание). Если задняя поверхность пластины обращена к необработанной поверхности заготовки, то вращение режущей пластины не совпадает с направлением подачи (обратное резание). За счет наклона режущей кромки самовращающихся круглых пластин можно повысить их стойкость.

    Эксплуатационные  характеристики и технологические  возможности таких пластин (независимо от направления вращения, угла наклона и способа крепления) зависят от условий для дробления стружки.

    Токарной  обработке обычно подвергаются заготовки  с твердостью 156...260 НВ, однако современные  керамические материалы, выполненные, например, на основе триоксина алюминия, нитрида кремния с раз личными добавками (качественные характеристики которых близки к синтетическому алмазу), позволяют обрабатывать заготовки с твердостью до 59 HRC3.

    Токарные  пластины могут оснащаться режущей  кромкой, выполненной из более прочного материала, чем основание. Сменные пластины из высокопрочного твердого сплава, у которых одна из вершин имеет вставку из синтетического поликристаллического алмаза, могут использоваться, например, для обработки алюминиевых сплавов, при этом скорость резания может достигать 500 м/с при подаче 0,1. ..0,5 мм/об.

    Неперетачиваемые  минералокерамические пластины обычно применяют при обработке закаленных сталей, чугуна, цветных металлов и  сплавов. Конструкции пластин (и  их крепления) аналогичны конструкциям твердосплавных неперетачиваемых пластин.

    Минералокерамика  имеет низкую теплопроводимость  и склонна к образованию трещин. При установке керамические пластины не должны выступать за габариты головки  резца более чем на 1 мм. Их не применяют  при прерывистом резании и на заготовках, имеющих значительные перепады припуска, так как разрушение пластин происходит уже при входе и выходе их из зоны резания. Поэтому целесообразно использовать керамические пластины только в условиях получистовой и чистовой обработки, в стабильных условиях непрерывного резания.

    Применение  сверхтвердых материалов и керамических пластин при обработке металлов резанием позволяет уменьшить основное время в 5-10 раз. Скорость резания  выбирают максимально возможной, глубину - исходя из припуска, а подачу - в зависимости от заданных величин параметров шероховатости. Следует учитывать, что эффективность применения сверхтвердых материалов для точения зависит в большей мере от оборудования, чем от инструмента. На низкоскоростном, нежестком оборудовании эффективность таких резцов не будет реализована.

    Токарные  станки с ЧПУ оснащаются приводом, развивающим мощность до 90 кВт и  скорость вращения шпинделя более 800 с -1. При таких скоростях теплота  в основном отводится со стружкой и в заготовке не возникает температурных деформаций, что позволяет после черновой обточки переходить на чистовую и при этом иметь отклонение от цилиндричности в пределах 5 мкм.

    Применение  твердых сплавов, керамики, поликристаллических  сверхтвердых материалов повышает требования к беззазорности крепления таких пластин, точности и повторяемости установки (положение режущей кромки пластин при их повороте).

    Токарные  резцы (особенно для станков с  ЧПУ) должны оснащаться многогранными  неперетачиваемыми пластинами с  износостойким покрытием, например из корбида титана (TiC). Целесообразно использовать новые режущие материалы (безвольфрамовые, высокотвердые, с многослойными покрытиями и т.д.) наиболее полно удовлетворяющие требования механической обработки валов в заданных условиях.

    При фрезеровании плоскостей насадными  торцевыми фрезами с механическим креплением пластин целесообразно  использовать твердый сплав. Для  спиральных сверл диаметром до 300 мм (с цилиндрическим и коническим хвостовиком) применяется как быстрорежущая  сталь, так и твердых сплав. Сверла диаметром более 30 мм могут выполнять комбинированными, сборными или составными.

    Центровые отверстия на валах выполняются  обычно центровыми сверлами из быстрорежущей  стали Зенкеры и развертки  могут быть изготовлены из быстрорежущей стали или из твердого сплава.

    Метчики обычно изготавливаются из быстрорежущей  стали.

    Вспомогательный инструмент целесообразно выбирать толькостандартизованный и унифицированный.

    Целесообразно уделить особое внимание оборудованию с ЧПУ и средствам автоматизации загрузки и выгрузки заготовок  В зависимости от типа производства деталей, выбранного оборудования выбираются зажимные приспособления на одну операцию (на которую выполняется технологическая наладка), на базе технико-экономического анализа.

    При выборе контрольных приспособлений следует уделять особое внимание средствам активного бесконтактного контроля.

    Особое   внимание   необходимо   уделить   материалу   режущей   части 
металлорежущего инструмента. Выбор материала режущей части инструмента имеет большое значение для повышения производительности и снижения себестоимости обработки. Для анализа выбираемого материала режущей части, например резца, применяемого для обточки вала, составляется сравнительная таблица, пример которой представлен в табл. 7.2. 

    Таблица 7.2

 

Т15К6 – твердые  сплавы –они лучше сопротивляются изнашиванию для конструкционных сталей, имеющих большую твердость.

8. Выбор припусков на механическую обработку

    После разработки маршрутного технологического процесса определяются припуски и операционные размеры. Для облегчения понимания  расположения припусков на обработку  необходимо изобразить схему припусков и допусков на обработку, пример которой изображен на рис. 8.1.

 Расчет  припусков на обработку  производится на основе аналитического метода. Учитывая форму заготовки и требования к качеству поверхности для расчета  припуска выберем цилиндрическую поверхность.

    Суммарное отклонение:

,

где мм – погрешность базирования;

      мм – погрешность закрепления;

      мм – погрешность положения в приспособлении.

    

мкм

    Остаточные  пространственные отклонения:

 мкм

 мкм

 мкм,

где  Δ₁ – отклонение на предварительное точение;

       Δ₂ – отклонение на окончательное точение;

       Δ₃ – отклонение на предварительное шлифование;

Минимальные значения припусков:

где - значение шероховатости по переходам;