Технологии проведения обработки металлов. Резание и сверление

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему «Технологии проведения обработки металлов. Резание и сверление»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Процесс резания

1.1 Стружкообразование

1.2 Устройство режущего инструмента

1.3 Особенности резки. Наклёп

2. Сверление

2.1 Геометрия спирального сверления

3. Оборудование для обработки материала. Труборезательная машина

3.1 Оборудование труборезательной  машины

3.2 Заземление для предотвращения повреждений

4. Техника безопасности  при работе с электроинструментом 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В случае возникновения неполадки на трубопроводе с необходимостью осмотра и/или дальнейшего ремонта, перед специалистом встаёт необходимость в обработке, деформации материала трубопровода. Наиболее часто под подобными процессами подразумевается резание или сверление (фрезерование). Понимание основ этих технологических процессов гарантирует наиболее эффективное устранение неполадок, безопасность окружающего персонала и сводит риски чрезвычайного происшествия до минимально возможного значения.

 

1.Процесс резания

Резание металлов – это сложный процесс физико-химического взаимодействия режущего инструмента, заготовки и окружающей среды. Упрощенно процесс резания можно представить в виде схемы, показанной на рис. 1. На режущем лезвии реального резца можно различить округление лезвия ВС и площадку износа АВ, поэтому реальной передней поверхностью будет поверхность BCF, а реальной задней поверхностью – GAB. В начальный момент режущее лезвие инструмента вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые затем переходят в пластические. В плоскости, перпендикулярной траектории перемещения резца, возникают нормальные напряжения σ, а в плоскости, совпадающей с траекторией перемещения резца, – касательные напряжения τ. В оконечности передней поверхности (точка В) касательные напряжения τ наибольшие и уменьшаются по мере удаления от точки В. Нормальные напряжения σ вначале действуют как растягивающие (+σ), а затем быстро уменьшаются до нуля и переходят в напряжения сжатия (−σ). Срезаемый слой металла пластически деформируется. Рост пластических деформаций приводит к деформации сдвига, т. е. смещению частей кристалла относительно друг друга. Деформации происходят в зоне BDEC, называемой зоной стружкообразования.

 

Рис. 1 Упрощенная схема процесса резания: 

V – движение резания; BCF – передняя поверхность; GAB – задняя поверхность; BD – плоскость скалывания; BDEC – зона стружкообразования; ОО – плоскость сдвига; О1О1 – направление осей деформированных кристаллов; h– упругое восстановление обработанной поверхности; t – глубина резания; σ, τ – нормальные и касательные напряжения соответственно

 

1.1 Стружкообразование

 

Стружкообразование и формирование поверхностного слоя детали являются единым процессом деформирования и разрушения материала при резании.

В процессе резания различных материалов могут образовываться следующие основные виды стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома (рис. 2).

Стружкообразование и формирование поверхностного слоя детали являются единым процессом деформирования и разрушения материала при резании.

 

Рис. 2. Виды стружек

Сливная стружка (рис. 2, а) образуется при резании вязких и мягких материалов, например мягкой стали, латуни. Резание протекает обычно при высокой скорости. Чем больше скорость резания и вязкость обрабатываемого металла, меньше угол резания и толщина среза, выше качество смазочно-охлаждающей жидкости, тем стружка ближе к сливной.

Стружка надлома (рис. 2, в) образуется при резании хрупких металлов, например серых чугунов. Такая стружка состоит из отдельных, почти не связанных между собой элементов. Обработанная поверхность при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и выступами. В определенных условиях, например при обработке чугунов средней твердости, стружка надлома может получиться в виде колец. Сходство со сливной стружкой здесь только внешнее, так как достаточно слегка сжать такую стружку в руке и она легко разрушится на отдельные элементы.

Стружка скалывания (рис. 2, б) занимает промежуточное положение между сливной стружкой и стружкой надлома и образуется при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими подачами и относительно малыми скоростями резания. С изменением условий резания стружка скалывания может перейти в сливную и наоборот.

Под действием режущего инструмента срезаемый слой металла подвергается сжатию. Процессы сжатия (как и процессы растяжения) сопровождаются упругими и пластическими деформациями.

 

1.2 Устройство режущего инструмента.

Принцип работы любого режущего инструмента основан на действии клина. Наиболее наглядно можно рассмотреть элементы и геометрию режущего инструмента на примере токарного резца.

 

Рис. 3 Основные элементы резца. 

 

Резец состоит из рабочей части — головки (рис. 3), которая непосредственно принимает участие в отделении срезаемого слоя металла; нижней опорной поверхности подошвы, на которую опирается резец при установке на станке, и тела (стержня), с помощью которого резец закрепляется в резцедержателе.

Основными элементами резца являются: передняя поверхность 1, по которой сходит стружка; главная задняя поверхность 3, обращенная к поверхности резания; вспомогательная задняя поверхность 4, обращенная к обработанной поверхности; главная режущая кромка 2, являющаяся пересечением передней и главной задней  поверхностей, вспомогательная режущая кромка 5, являющаяся пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей, и вершины 6.

 

1.3 Особенности резки. Наклеп

 

При обработке режущий инструмент деформирует не только срезаемый слой, но и поверхностный слой материала обрабатываемой детали. Глубина деформации поверхностного слоя металла зависит от различных факторов и может достигать от сотых долей до нескольких миллиметров.

Под действием деформации поверхностный слой металла упрочняется, увеличивается твердость и уменьшается пластичность, происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности.

Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем большему наклепу он подвергается. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Величина и глубина наклепа увеличиваются с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. Глубина наклепа увеличивается примерно в 2—3 раза при работе тупым режущим инструментом, чем при работе острым. Смазочно-охлаждающие жидкости уменьшают глубину и степень упрочнения.

При некоторых условиях резания на передней поверхности режущей кромки резца налипает обрабатываемый материал, образуя так называемый нарост. Он имеет клиновидную форму, по твердости превышает в 2—3 раза твердость обрабатываемого материала. Являясь как бы продолжением резца, нарост изменяет его геометрические параметры, участвует в резании металла, влияет на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.

2. Сверление

Сверление - один из методов получения отверстий. Инструменту - сверлу - относительно заготовки сообщается вращательное движение относительно его оси с одновременной осевой подачей. В результате сочетания этих двух движений образуется цилиндрическое отверстие. Отверстие может быть получено как в цельном куске металла, так и в предварительно полученном меньшего диаметра.

В промышленности применяют сверла: спиральные, перовые, одностороннего резания, эжекторные, кольцевого сверления, а также специальные комбинированные. Сверла изготавливают из сталей 9ХС, Р6М5 и других и оснащают твердым сплавом ВК6, ВК6-М, ВК8, ВК10-М и др.

Наибольшее распространение получили спиральные сверла.

2.1 Геометрия спирального  сверла

Спиральные сверла состоят из следующих основных частей: режущей, калибрующей, хвостовой и соединительной. Главные режущие кромки сверла (Рис.4) прямолинейны и наклонены к оси сверла под главным углом в плане ɸ.

Рис. 4 Геометрия сверла

Режущая и калибрующая части сверла составляют ее рабочую часть, на которой образованы две винтовые канавки, создающие два зуба, обеспечивающие процесс резания. Можно сказать, что сверло образовано двумя расточными резцами, вершины которых расположены диаметрально противоположно. На рабочей части сверла имеется 5 режущих лезвий: два главных, два вспомогательных (ленточки) и перемычка (образована на стыке зубьев по торцу сверла).

Геометрия сверла в статике определяется относительно базовых координатных поверхностей (Рис.5).

Рис. 5. Координатные поверхности при сверлении: 1 - обработанная поверхность; 2 - поверхность резания; Р-Р плоскость резания

Плоскость резания Р-Р проходит через главное режущее лезвие касательно поверхности резания.

Основная плоскость y сверла проходит через ось сверла и вершины зубьев.

Передний угол γ в данной точке измеряется в плоскости, перпендикулярной главному режущему лезвию, так как в этой плоскости сходит стружка. Однако при сверлении условия отвода стружки вдоль режущего лезвия непостоянны, так как γ ≠ const.

Главный задний угол α измеряется в плоскости, параллельной оси, так как угол a предназначен для уменьшения трения по главной задней поверхности. Угол α измеряется в конкретной точке лезвия как угол между касательной к главной задней поверхности и плоскостью резания.

У сверла различают также угол при вершине 2ɸ. При обработке стали угол 2ɸ =116...120 °.

Угол ω - угол наклона винтовой канавки - определяет прочность сверла и в обычных условиях находится в пределах ω <35°. Для сталей ω=25...30°.

3. Оборудование для обработки материала. Труборезательная машина

В случае возникновения неполадки на трубопроводе с необходимостью дальнейшего ремонта перед специалистом встаёт необходимость в вырезке поврежденного участка. При ремонте трубопровода для вырезки дефектного участка применяются два метода резки труб: с использованием энергии взрыва – кумулятивными труборезами и безогневым методом – с применением машин для резки труб.

Возможное повреждение труб при взрыве и структурные изменения материала трубы являются нежелательными и часто непредсказуемыми. В связи с этим наибольшее применение получил безогневой метод. В этом случае механическая резка осуществляется с помощью специальных машин, оснащенных фрезой или резцами.

Одной из последних серийных моделей, получивших широкое применение в нашей стране, является машина «Волжанка 3М» (рис. 6), выпускаемая томским заводом ЗАО «ТОМЗЭЛ». Машина была разработана сотрудниками кафедры технической механики филиала ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» в г. Златоусте.

 

Рис. 6. Машина безогневой резки труб “ВОЛЖАНКА 3М”

3.1 Оборудование труборезательной машины.

 

Устройство обеспечено силовым агрегатом, а управление работой осуществляется с помощью пульта управления, работающего дистанционно.

В отличие от кинематической схемы машины «Волжанка 3М», где вращение инструмента и перемещение машины по трубе осуществлялось от одного электродвигателя при ручном врезании инструмента, модернизированная схема (рис. 7) включает в себя три независимых электромеханических привода, а именно: привод главного движения I, привод круговой подачи II и привод подачи врезания инструмента III. Привод главного движения осуществляет вращение фрезы с постоянной скоростью. Он включает в себя электродвигатель, ременную передачу и зубчатые передачи. Привод круговой подачи служит для перемещения машины по трубе, он состоит из электродвигателя, трех последовательно расположенных планетарных передач и ведущей звездочки цепной передачи. Привод подачи врезания, необходимый для перемещения фрезы перпендикулярно оси трубы, содержит мотор – редуктор и передачу винт – гайка.

В качестве электродвигателя мотор-редуктора механизма врезания и подачи инструмента используется вентильная машина с автоматической системой регулирования вращающего момента. Система управления электродвигателями механизмов врезания и подачи инструмента снабжена пультом со световой индикацией, сигнализирующей при перегрузке о превышении заданного момента на приводах врезки и перемещения.

Применение независимого привода врезки инструмента с системой регулирования вращающего момента обеспечивает оптимальные режимы резания при врезании инструмента и исключает присутствие оператора в непосредственной близости от зоны резания, что повышает безопасность работы оператора.

При аварийных перегрузках в приводах подачи или врезания инструмента, увеличивается потребление тока вентильным двигателем мотор-редукторов. В этом случае автоматически уменьшается подача инструмента, что снижает нагрузку на инструмент, предотвращая его поломку. Одновременно с уменьшением подачи на пульте оператора загорается световая индикация, уведомляющая об изменении режимов резания. При сильном затуплении инструмента подача прекращается (срабатывает токоограничение двигателя подачи) и подается сигнал о смене инструмента.