Резка, точение, сверление, зенкерование, фрезерование... (Лекции или что-то типа. Бехметьев В.И. часть 1)

Резка ножницами и штампами

Процесс резки ножницами и штампами заключается в сдвиге одной части полуфабриката относительно другой под действием и в направлении сил, приложенных к полуфабрикату со стороны ножей ножниц или пуансона и матрицы вырезного штампа (рис. 1 а, б).

Процесс состоит из трех стадий: изгиба заготовки под действием пары сил, приложенных к режущим кромкам; внедрения режущих кромок в материал полуфабриката вследствие смятия; отделения одной части полуфабриката от другой в результате образования микротрещин, направленных по поверхности скольжения. Трещины разрушения идут от режущих кромок и направлены под некоторым углом к поверхности полуфабриката. Для того чтобы они совпали по направлению, между режущими кромками необходим некоторый зазор г. Оптимальный зазор, при котором получается наибольшая поверхность среза материала, более высокая точность резки, наименьшее усилие резки и наибольшая стойкость режущих кромок, близок к 8 ... 10 % тол­щины материала для металлических и к 3 ... 5 % для неметаллических полуфабрикатов типа бумаги, кожи, текстолита, фибры.

Вследствие изгиба и сдвига волокна, расположенные в зоне линии разделения, удлиняются и кромки заготовок получают характерный скошенный вид. Это обусловливает сравнительно невысокие точность резки и класс шероховатости кромок. Для уменьшения изгиба и повышения точности резку производят с прижимом и, когда это возможно, с поддерживающей плитой, которые препятствуют общему изгибу заготовки (рис. 1, в).

Усилие резки. Ножи должны воздействовать на полуфабрикат с усилием, достаточным для создания пиковых напряжений, достигающих величины ср для данного материала.

Рис. 1.

Схема процесса резки:

а — ножницами: 1 — верхний нож; 2 — нижний нож; 3 — стол ножниц; 4 — разрезаемый полуфабрикат; б — штампами; 1 — пуансон; 2 — матрица; в — ножницами с прижимом и поддерживающей плитой: 1 — прижим; 2 — разрезаемый материал; 3 — поддерживающая плита; 4 — пружина.

Многочисленными экспериментами установлено, что для процессов резки достаточно усилие Р, определяемое из выражения

Р=1,3Sср Sв,

где S — площадь одновременного сдвига материала; ср — сопротивление материала срезу;1,3 (1,0 ... 1,3) —коэффициент, учитывающий неравномерность толщины материала полуфабриката, заступление режущих кромок ножей, наличие сложного напряженного состояния в процессе резки; в — предел прочности материала полуфабриката.

Способы резки и применяемое оборудование. Существует несколько способов резки листовых полуфабрикатов: по прямым линиям и по криволинейным открытым и замкнутым контурам.

Рис.2.

Способы резки по прямым линиям:

а — гильотинными ножницами: 1 — верхний нож; 2 — разрезаемый лист; 3 — нижний нож; б •— схема настройки упоров на гильотинных ножницах:1 — задний упор; 2 — отрезаемая заготовка; 8 — прижим; 4 — боковой упор или направляющая линейка; 5 — стол ножниц; 6 — передний упор; В — расстояние между режущей кромкой нижнего ножа и задним упором; в — резка роликовыми ножницами: 1 — нож; 2 — разрезаемый полуфабрикат; а = 7 …14° — угол захвата; D == (30 ... 70) — диаметр ножей;

h (0,2 ... 0,35) — величина захода ножей

Резку по прямым линиям осуществляют на гильотинных, роликовых и многороликовых ножницах. На рис. 2а показана схема резки листов на гильотинных ножницах с верхним ножом, раположенным под углом к нижнему неподвижному ножу. Усилие резки подсчитывают по формуле

P=Sв =0,5в ctg,

где  - угол створа нажей;  - толщина полуфабриката.

С увеличением , а следовательно, уменьшением площади одновременного сдвига материала усилие резки уменьшается. Однако при увеличении  резко возрастает потребный ход верхнего ножа, а также деформации изгиба и скручивание отрезаемой заготовки. Наивыгоднейший угол створа  в зависимости от толщины разрезаемого листа (0,5 ... 0,25 мм) составляет 1 ... 6°.

Для резки сравнительно тонких листов, когда предъявляются повышенные требования к качеству реза, а также для неметаллических материалов (текстолита, гетинакса, картона и пр.) используют ножницы с параллельными ножами. Величину S в этом случае определяют из выражения S = L, где L — длина линии разделения полуфабриката.

Резку листов на гильотинных ножницах производят по упорам (рис. 2б). Если размер В полосы или заготовки превышает 200 ... 600 мм соответственно для толщины материала 0,5 ... 2 мм, то резку выполняют по переднему упору. В этом случае отрезаемая полоса не провисает и точность резки выше, чем при резке по заднему упору.

Затраты на наладку гильотинных ножниц незначительны, и их экономически целесообразно применять в условиях как мелкосерийного, так и крупносерийного производства.

Для продольной резки ленточного материала (со скоростью перемещения разрезаемого полуфабриката 15 ... 35 м/мин применяют роликовые ножницы как с одной парой ножей (рис.5, в), так и с несколькими. Многороликовые ножницы используют в крупносерийном и массовом производстве для разрезания тонких листов и лент (  3 мм) на несколько полос (лент) одновременно. Заданные расстояния между отдельными парами ножей устанавливаются при настройке ножниц.

Резку по криволинейным контурам листовых полуфабрикатов из неметаллических материалов, цветных сплавов и высокопрочных материалов (сталь, титановые сплавы) производят дисковыми и вибрационными ножницами, а также штампами (рис.3).

Рис. 3.

Способы резки по криволинейным конту­рам:

а — дисковыми ножницами; б — вибрационными ножницами; 1 — подвижный нож; 2 — неподвижный нож; 3 — разрезаемый лист, в — штампом; 1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — полуфабрикат.

У наклонно поставленных под углом 45° ножей дисковых ножниц (рис.3а) режущие кромки образованы пересечением конических поверхностей. Это позволяет в процессе резки поворачивать лист относительно ножей и вырезать заготовки и детали, контур которых очерчен кривыми с относительно небольшими радиусами. Надежный захват листа при резке возможен в том случае, если D/30. На практике применяют ножи, диаметр которых не превышает 60 ... 70 мм, что обеспечивает резку по кривым с радиусами кривизны не менее 40 ... 50 мм. Толщина 6 разрезаемого материала при этом не должна превышать 1/30 D, т.е. 2,5 мм. Производительность резки при этом составляет 2 ... 10 м/мин. Избежать ручного направления листа по требуемой траектории удается лишь при вырезке круглых деталей, когда полуфабрикат квадратной формы закрепляют в центрах ножниц. Круговая подача осуществляется «захватом» полуфабриката вращающимися ножами.

ФРЕЗЕРОВАНИЕ

Элементы режущей части фрезы

Фрезерование является одним из высокопроизводительных и распространенных методов, обработки металлов резанием. Оно осуществляется с помощью фрезы. Фреза — многозубый инструмент, представляющий собой тело вращения, на образующей поверхности которого, а иногда и на торце, имеются режущие зубья. Движение резания (главное движение) при фрезеровании — вращательное и его совершает фреза; движение подачи (обычно прямолинейное) может иметь заготовка или фреза.

Фрезами обрабатывают наружные поверхности (рис. 4 а—в, е), пазы (рис. 4 г, д, ж) и фасонные поверхности, причем в последнем случае необходимо иметь фрезу соответствующего профиля (рис. 5). Фрезы специальной конструкции применяют также для обработки тел вращения, для разрезки металлов (пилы), для изготовления зубчатых колес (зуборезные фрезы) и др.

Фрезы делают цельными, составными, сборными с режущей частью из быстрорежущих сталей или с пластинками твердых сплавов. Вследствие преимуществ фрез, оснащенных пластинками из твердых сплавов (высокая производительность, высокое каче­ство обработанной поверхности, исключающее иногда применение шлифования; возможность обработки закаленных сталей; снижение себестоимости обработки и др.), их успешно применяют в металлообрабатывающей промышленности.

Наряду с широко распространенными торцовыми фрезами с пластинками из твердых сплавов в промышленности применяют твердосплавные дисковые, концевые, шпоночные и фасонные фрезы.

Рис. 4.

Виды фрезерования и основные типы фрез:

а — цилиндрические; б ~ торцовые; в и г — дисковые; д — прорезные и отрезные; е и ж — концевые

Р ис.5

. Фасонные фрезы;

а—с выпуклым профилем; б — с вогнутым профилем, в – угловые.

Режим резания при цилиндрическом фрезеровании

Процесс образования стружки при фрезеровании сопровождается теми же явлениями, что и процесс стружкообразования при точении (деформации, тепловыделение, наростообразование, износ инструмента и др.), с аналогичными причинами из возникновения. Однако процесс фрезерования имеет и некоторые особенности. При точении резец, врезавшись в обрабатываемый металл, находится под постоянным действием стружки примерно одинакового сечения вдоль всей длины обработки. При фрезеровании зуб за один оборот фрезы находится под действием стружки относительно малое время. Большую часть оборота он не участвует в резании; при этом зуб охлаждается, что положительно сказывается на его стойкости. Но при каждом обороте зуб должен вносить врезаться в срезаемый слой, что сопровождается ударом о его режущую кромку; ударная нагрузка приводит к снижению стойкости зуба фрезы и в отдельных случаях – к его полному разрушению.

Равномерность фрезерования

Зуб прямозубой фрезы входит в заготовку и выходит из нее сразу по всей ширине. Это приводит к резкому изменению площади поперечного сечения среза, а следовательно, и сил, действующих в процессе резания. Представим, что в работе будет находиться только один зуб прямозубой фрезы, т. е. впереди идущий зуб уже вышел из контакта с заготовкой, а следующий за ним зуб только начинает входить в заготовку. В этом случае площадь поперечного сечения среза будет плавно изменяться от нуля до максимума, когда зуб находится под стружкой, с последующим резким падением до нуля, когда зуб выйдет из заготовки.

Процесс происходит более спокойно (более равномерно), если в работе одновременно находятся два или три зуба. В этом случае не будет резких изменений в площади поперечного сечения среза. Однако и при достаточно большом числе зубьев, одновременно находящихся в работе, для прямозубой фрезы невозможно получить равномерное фрезерование, т. е. такое фрезерование, при котором площадь поперечного сечения среза оставалась бы постоянной на всем протяжении обработки.

Фрезерование против подачи и по подаче

Фрезерование может быть осуществлено при противоположных направлениях движений заготовки и фрезы (рис. 6а) и при сов падающих направлениях (рис.6б). Первый метод фрезерования называется фрезерованием против подачи, или встречным фрезерованием, второй—фрезерованием по подаче, или попутным фрезерованием,

Р ис. 6.