СОДЕРЖАНИЕ
- Общие сведения о механической обработке металлов резанием
- Инструменты для механической обработки металлов резанием
- Станки для обработки металла резанием
- Обработка металлов шлифованием
- Технология лазерной резки металла
- Плазменная резка и ее особенности
- Электроэрозионная резка металла
- Выбор способа обработки металла резанием
Обработка металлов резанием используется для получения детали заданной формы с точными размерами. Это может быть механическая обработка при помощи таких методов, как точение, строгание, сверление, фрезерование и шлифование, электроэрозионная либо лазерная или плазменная обработка.
Технологию обработки металла резанием применяют как для создания высокоточных микроскопических электронных плат, так и для получения многотонных изделий. Машино- и станкостроение, авиационная и судостроительная промышленность, производство мебели и бытовой техники – везде востребовано оборудование для обработки металлом резанием. Подробнее о видах обработки резанием металлических заготовок и инструментах, которые при этом используют, читайте в нашем материале.
Общие сведения о механической обработке металлов резанием
Обработка металла может осуществляться с помощью резания, когда с заготовки снимают слой металла, а затем изменяют состояние обработанной поверхности.
Движение, которое определяет скорость отделения стружки, считается главным движением – скоростью резания.
Движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои материала, считается движением подачи.
В зависимости от вида обработки главное движение и движение подачи разделяют на вращательные и прямолинейно-поступательные. Их может совершать заготовка либо режущий инструмент.
Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»
Есть несколько способов обработки металла резанием:
- Точение. Это наиболее распространенный способ, с помощью которого обрабатывают поверхности тел вращения. Для осуществления данной манипуляции потребуется токарный станок, при этом обрабатываемая заготовка вращается, это главное движение, а также перемещается резец – это движение подачи. В роли режущего инструмента выступают резцы.
- Строгание. В этом случае на поперечно-строгальных станках главное движение ДГ передается резцу, при этом движение подачи Дs сообщается заготовке, либо главное движение ДГ – заготовка, но движение подачи Дs передается резцу.
- Сверление (зенкерование и развертывание). Здесь и главное движение ДГ, и движение подачи Дs передается режущему инструменту, в качестве которого используются сверло, зенкер, развертка.
- Фрезерование. Главное движение ДГ передается режущему инструменту, в роли которого выступает фреза, при этом движение подачи Дs сообщается заготовке.
- При протягивании главное движение поступательное ДГ передается режущему инструменту (протяжка). В качестве величины подачи sZ, определяющей толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, берется подъем на зуб (разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки).
- Круглое шлифование. В этом случае главное движение ДГ передается режущему инструменту, функцию которого выполняет шлифовальный круг, при этом движение подачи Дs сообщается заготовке.
Инструменты для механической обработки металлов резанием
Если используется механический вид обработки металлов резанием, то в качестве режущего инструмента в большинстве случаев применяется резец. Его передние и задние поверхности пересекаются и образуют главное и вспомогательное режущие лезвия.
Вершина режущей части резца образуется в точке, где пересекаются главное и вспомогательное режущие лезвия. На всех инструментах лезвия в поперечном сечении имеют клиновидную форму.
Геометрические параметры (угловые размеры) необходимо знать, чтобы координировать расположение поверхностей и лезвий режущей части инструмента относительно его державки.
Геометрические характеристики инструмента рассматривают, ориентируясь на основную плоскость, кроме того, используются плоскости резания и главной секущей.
Во время процесса обработки металлов резанием специальный инструмент для резки срезает слой материала с поверхности заготовки. Это происходит в том случае, когда режущая часть такого оборудования оснащена инструментальным материалом. Важно, чтобы данный материал был высокотвердым, сверхпрочным, устойчивым к воздействию повышенных температур, не изнашивался под механическим воздействием.
Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»
При обработке металлов и сплавов резанием в роли инструментальных материалов для лезвийных инструментов применяют быстрорежущие стали, а также твердые сплавы, например металлокерамику, минералокерамические сплавы, такие как керметы, супертвердые материалы и синтетические алмазы.
Чтобы сделать твердые сплавы прочнее в несколько раз, их покрывают тончайшим слоем в 5-15 мкм карбидом титана или ниобия, боридом, нитридом.
Станки для обработки металла резанием
Обработка на токарных станках
При обработке металлов резанием на токарных станках вытачиваются наружные и внутренние тела вращения, к примеру в форме конуса, цилиндра, сферы, фасонных тел вращения.
Во время точения заготовку фиксируют в расположенном на шпинделе станка патроне. Заготовка вращается, при этом находящийся в резцедержателе резец выполняет поступательное движение в продольном Дsпр и поперечном Дsп направлениях.
Обработка на сверлильных станках
В качестве оборудования для обработки металлов резанием применяются также сверлильные станки. Они используются для того, чтобы создавать отверстия в заготовках. Чтобы они получались качественные и точные, после обработки отверстий применяют зенкеры и развертки.
Сверла, зенкеры и развертки используются, чтобы изготавливать сквозные, глухие, ступенчатые, а также глубокие отверстия, в которых отношение глубины к диаметру более 5.
Чтобы обрабатывать отверстия, чаще всего используются вертикально- и радиально-сверлильные станки, на которых шпиндель размещен вертикально.
С помощью таких станков можно сверлить, рассверливать, зенкеровать, развертывать, цековать, зенковать заготовки, а также нарезать резьбы, обрабатывать сложные отверстия в маленьких заготовках, которые весят не более 25 килограмм.
Радиально-сверлильные станки подходят для того, чтобы обрабатывать массивные заготовки с большим весом, поскольку операции с ними на вертикально-сверлильных станках невозможны.
Крупногабаритные заготовки с большой массой режутся на продольно-строгальных станках.
Обработка на фрезерных станках
Среди основных методов обработки металлов резанием наиболее популярным является технология с применением фрезерных станков. Они используются для того, чтобы обтачивать плоские и фасонные поверхности, пазы, канавки, выступы, зубчатые колеса, наружные и внутренне резьбы.
Данная технология реализуется с применением специального инструмента для резки – фрезы. Она выполнена в виде тела вращения, на его образующей и (или) торцевой поверхности находятся режущие зубья.
Фреза вращается, за счет этого становится возможна качественная и высокоскоростная обработка металлов резанием. Движение подачи совершает заготовка либо фреза.
В зависимости от вида фрезы может отличаться конструкция данного режущего инструмента. В большинстве случаев применяются цилиндрические, дисковые, концевые, торцевые и фасонные фрезы.
Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»
Среди фрезерных станков самыми популярными являются горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, также продольно-фрезерные.
Горизонтально-фрезерные станки оснащены поворотной плитой. С ее помощью можно повернуть рабочий стол горизонтально, чтобы добиться нужного угла установки. Такой стол подходит для использования в большинстве ситуаций.
Вертикально-фрезерный станок оснащен шпиндельной головкой, которая размещается вертикально. Во время обработки наклонных поверхностей она может поворачиваться.
Продольно-фрезерные станки применяются для того, чтобы обрабатывать массивные и большие заготовки.
Обработка металлов шлифованием
Одним из наиболее высокопроизводительных способов обработки металлов резанием считается шлифование. В этом случае применяется массовое скоростное (υ свыше 8-50 м/с) микрорезание верхних слоев твердых заготовок большим числом сверхмелких зерен, которые сцементированы в инструмент при помощи связки.
Шлифование является итоговой чистовой обработкой металлов резанием и используется для того, чтобы получить габариты заготовок с точностью по 6-8-му квалитетам и шероховатостью поверхности Rа = 0,08-0,32 мкм.
Так же как и обдирочная обработка при очистке литья, поковок, шлифование реализуется с помощью специнструмента, а именно шлифовальных кругов.
Шлифовальный круг – это тело с геометрически правильными формами. Он выполнен из шлифовальных (абразивных) зерен, связки и пустот (пор) между ними.
Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»
От того, какое количество абразивных зерен находится в общем объеме шлифовальных кругов, зависит их структура и плотность: круг может быть плотный (62-56 %), средней плотности (54-46 %), с открытой (44-38 %), а также очень открытой (36-22 %) структурой.
Для маркировки структуры круга применяются номера: 0-3, 4-8, 9-12.
Шлифовальные круги также выпускаются разной формы. Так, бывают круги ПП – прямого профиля, ПВ – прямого профиля с выточкой, ЧЦ – чашка цилиндрическая, ЧК – чашка коническая, Т – тарельчатой формы, Д – диски.
Шлифовальные круги могут быть частично либо полностью самозатачиваемыми. Таким образом затупившиеся абразивные частицы самоудаляются под воздействием сил резания. В результате обнажаются острые грани зерен последующих рядов.
Технология лазерной резки металла
Один из методов высокоскоростной обработки металлов резанием осуществляется с применением лазера. В этом случае используется лазерный луч, которые образуется с помощью особого оборудования.
Благодаря специфическим характеристикам лазера получается сфокусировать луч на обрабатываемой поверхности малой площади. Выделяемая при этом энергия имеет высокую плотность. В результате происходит разрушение материала, он плавится, сгорает либо испаряется.
Станок для лазерной резки металла концентрирует на поверхности заготовки энергию, плотность ее равна 108 ватт на см2.
Лазерный луч воздействует на металлическую поверхность, она нагревается, а затем плавится в том месте, которое обрабатывается.
Суть данного высокопроизводительного метода обработки металлов резанием состоит в двух процессах:
- заготовка плавится;
- обработанный металл испаряется.
Для реализации метода испарения при обработке металла необходимо использовать сверхмощные установки. Это влечет за собой повышенные затраты энергии. Поэтому выбор такой технологии может быть невыгодным с точки зрения финансовых затрат.
Кроме того, этот способ может не подойти из-за толщины заготовок, которые нужно обработать. По этим причинам метод испарения применяют лишь в тех ситуациях, когда детали с тонкими стенками.
Читайте также: «Технология сварки сталей»
Гораздо чаще применяется лазерная резка металла методом плавления. Эта технология сегодня реализуется с помощью газов: кислорода, азота, воздуха, инертных газов. Они вдуваются в область резки с помощью специального оборудования.
Данный способ помогает уменьшить расходы энергии, увеличить скорость обработки металлов резанием, применять установки малой мощности, чтобы резать достаточно толстые заготовки. Этот метод сложно назвать лазерной резкой, более точное название – газолазерный способ обработки.
Плазменная резка и ее особенности
Среди основных методов обработки металлов резанием выделяют плазменную резку. Данный способ раскроя листового металлопроката подходит для работы с конструкционными, легированными сталями, чугуном и цветными металлами, такими как медь, алюминий, их сплавы. Суть такой резки заключается в том, что происходит обжимание плазменной дуги, когда она проходит через сопло.
Для лучшего понимания основ обработки металлов резанием с помощью плазмы рассмотрим семы резки:
- Плазменно-дуговая резка – способ обработки, показывающий максимальную эффективность. Используются для того, чтобы обрабатывать электропроводные материалы. В этом случае образование дуги прямого действия происходит тогда, когда электроток протекает от электрода на заготовку.
- Резка плазменной струей применяется, чтобы резать заготовки, которые не проводят электричество. Возникновение дуги косвенного действия происходит между катодом и соплом. Таким образом заготовка, которую разрезают, не является составляющим элементом электроцепи.
- Плазменно-дуговая резка является экономически наиболее выгодным способом обработки листового проката, толщина которого малая либо средняя, до 5 см. В этом случае плазменный станок с ЧПУ позволяет получить высококачественный точный срез. Будет минимальная погрешность, даже если обрабатывать металл большей толщины (до 10 см и более, все зависит от типа установок).
Чтобы раскроить металл, поджигается дежурная дуга между соплом и катодом. В результате происходит частичная ионизация, она нужна для того, чтобы подготовить пространство между плазмотроном и заготовкой.
Поджигание осуществляется с помощью подачи высокого напряжения. Когда дуга контактирует с материалом, увеличивается мощность и образуется режущая дуга.
Благодаря тепловой энергии дуги происходит плавление и испарение металла. За счет кинетической энергии расплавленный материал удаляется из области реза.
Создавать программы управления нужно для того, чтобы вырезать единичные заготовки либо комплекты деталей с разнообразными параметрами.
Читайте также: «Зенкование»
Карты раскроя разрабатываются на персональном компьютере, используется специальное ПО. Сначала специалист прочерчивает детали, учитывая припуски, после этого заготовку раскладывают на виртуальном листе металла определенных габаритов в специальном ПО. Такой подход позволяет эффективно использовать металлопрокат, снижая объем отходов.
Благодаря повышенной технологической гибкости и производительности станки с ЧПУ для плазменной резки устанавливают в основном на больших и средних заводах, на которых изготавливают оборудование для промышленного использования, а также металлоконструкции.
Электроэрозионная резка металла
Электроэрозионная обработка металлов резанием представляет собой способ, при котором между электродом-инструментом и заготовкой образуется горение электродуги. Оно проходит с потерей вещества между катодом и анодом.
При изменении окружающей канал разряда среды, полярности заготовки и длительности импульсов получается регулировать процесс разрушения поверхности металла, формировать на нем другие поверхности. Осуществляется электрическая эрозия одного либо другого электрода.
Любые металлы и их сплавы – это проводники. Используя этот способ обработки, можно выполнить электроэрозионную резку проволокой, сверление, упрочнение поверхности, тонкую шлифовку, прошивку, наращивание поверхности и копирование.
С помощью электроэрозионной резки металла получится обработать заготовки быстрее, чем при использовании метода электроэрозионной контурной прошивки.
Дело в том, что площадь обрабатываемой поверхности в единицу времени ограничивается диаметром проволоки либо единичного электрода инструмента.
При реализации данного метода обработки металлов резанием не нужно применять черновые и чистовые контуры электродов. Можно сразу вырезать заготовку нужной формы.
Читайте также: «Нарезание наружной резьбы»
Электрод-проволока производится из металлов и сплавов, которые устойчивы к образованию эрозии, к примеру из латуни и вольфрама.
Во время обработки при непрерывной протяжке через искровой промежуток износ металла будет небольшой, а диаметр не изменится. Поэтому получится обработать заготовку с высокой точностью. Эта технология позволяет выполнять чистовую шлифовку деталей, причем не важно, какая у них форма и габариты, шероховатая ли поверхность.
При реализации этой технологии можно менять размеры заготовки из металла, не нарушая его физические характеристики. Поэтому повышается технологическая вариативность производства. Можно расширить круг применяемых металлов, материалов, а также сплавов в технологической линейке производства.
Электроэрозионная резка проволокой подходит для больших промышленных заводов, когда производятся высокоточные серийные детали. Объясняется это тем, что при реализации этого метода можно сделать заготовку со сложным контуром, вырезать конические отверстия с углами не более 30 градусов, при этом высота заготовки – до 40 см.
Главное достоинство такой технологии – по завершении обработки металла резанием заготовку не нужно шлифовать. В результате снижается себестоимость, увеличивается скорость производства.
Читайте также: «Нарезание внутренней резьбы»
Данный метод обработки подходит для тонких заготовок, когда нужно максимально сохранить металл, поскольку под воздействием электроразряда заготовка не деформируется.
Электроэрозионная резка применяется для того, чтобы производить ювелирные изделия. Такой способ обработки металлов позволяет наносить надписи либо изображения на изделия небольшой толщины, при этом они не деформируются.
Выбор способа обработки металла резанием
Чтобы выбрать подходящий для вашей ситуации способ обработки металлов резанием, учитывайте следующие нюансы:
- скорость обработки должна быть достаточно большой, а качество высоким;
- важно, чтобы срез получится чистым, без остаточных следов, заготовка не должна деформироваться;
- оборудование должно резать как толстые, так и тонкие заготовки;
- режущий инструмент должен быть устойчивым к износу;
- станок должен обрабатывать загрязненные поверхности;
- наличие функции фигурной резки;
- множество профилей разреза;
- совместимость с другими технологическими операциями, к примеру со снятием фаски;
- легкость в управлении;
- экономичность раскроя.
Читайте также: «Шлифовка металла»
При выборе технологии обработки металлов резанием отдавайте предпочтение тем вариантам, где объединено наибольшее количество вышеперечисленных пунктов.
