Черновая токарная обработка детали

Резание металлов — один из способов механической обработки поверхности заготовки (или предварительно обработанной детали) путем снятия стружки для придания изделию требуемых формы, размеров, взаимного расположения и шероховатости его поверхностей. Обработку резанием точением изделий типа тел вращения выполняют на токарном станке, такими деталями являются, например, валы, зубчатые колеса, шкивы, кольца, муфты, гайки и др. Токарная обработка — обработка резанием при помощи режущих инструментов наружных (обтачивание) и внутренних (растачивание) поверхностей тел вращения (цилиндрических, конических, фасонных), а также спиральных и винтовых поверхностей. Процесс характеризуется вращательным движением заготовки (главное движение) и непрерывным поступательным движением режущего инструмента (движение подачи). Используемые режущие инструменты — резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки, резьбонарезные головки и др. Основные виды токарных работ — обработка цилиндрических, конических, фасонных, торцовых поверхностей, уступов, точение канавок, отрезка частей заготовки, обработка отверстий сверлением, зенкерованием, растачиванием, развертыванием, нарезание резьбы, полирование, накатывание рифлений. В процессе обработки резанием выполненный из твердого материала токарный резец при сближении с подлежащим обработке вращающимся изделием внедряется в его поверхностный слой и при движении вдоль вращающегося изделия режущей кромкой отделяет лишние

1. Черновое обтачивание

Закрепление детали при черновом обтачивании. Способ закрепления детали при черновой обработке выбирается в зависимости от ее формы, размеров, назначения и т.д. по правилам. Следует помнить, что при черновом обтачивании деталей снимаются стружки больших сечений, вследствие чего возникают значительные силы резания, под действием которых деталь может быть вырвана из патрона. Поэтому закрепление детали в рассматриваемом случае должно быть особенно прочным.

1.1             Резцы для чернового обтачивания

Резцы для чернового обтачивания работают обычно при большом сечении стружки и часто при высокой скорости резания. Поэтому такой резец должен быть прочным, хорошо поглощать теплоту, образующуюся в процессе резания, и не терять твердости от нагревания во время работы. Форма передней поверхности резца должна быть такой, чтобы отделение стружки происходило с возможно большей легкостью.

Твердосплавные резцы для чернового обтачивания, называемые проходными, изображены на рис. 1. Прямые проходные резцы (рис. 1, а и б, отличающиеся друг от друга лишь формой твердосплавной пластинки) изготовляются с главным углом в плане угол = 45, 60 и 75°. Отогнутые проходные резцы (рис. 1, в), обычно штампованные, сложнее в изготовлении. Тем не менее, они широко применяются, так как ими можно производить не только продольное, но и поперечное обтачивание (подрезание). Кроме того, они иногда удобнее при обработке поверхностей, трудно доступных для прямого резца. Главный угол в плане у этих резцов равен 45°.

Проходные упорные резцы (рис. 2) особенно пригодны для обработки детали с уступами небольших размеров, образуемыми этим же резцом. Главный угол в плане этих резцов 90°, что способствует уменьшению вибраций в процессе работы. Поэтому упорные резцы успешно используются при обработке нежестких деталей.

Рис. 1 – Проходные резцы, прямые (а, б) и отогнутый (в)

Рис. 2 – Проходные упорный резец; Рис. 3 – Левый (а) и правый (б) резцы

Быстрорежущие резцы по своей форме подобны твердосплавным резцам того же назначения, но отличаются от них, как это будет показано ниже, величинами углов и другими элементами головки.

Таблица 1 – Основные марки твёрдых сплавов для черновой обработки стали и чугуна

С меньшей, иногда значительно, производительностью обработку стали и чугуна при условиях, указанных в таблице, можно выполнять резцами из быстрорежущей стали марки Р18 (или других марок).

1.2        Элементы головки и углы твердосплавных резцов

Форма передней поверхности твердосплавных резцов устанавливается в зависимости от обрабатываемого материала, характера обработки, подачи и некоторых других условий.

Формы передней поверхности у резцов с пластинками из твердых сплавов приведены в табл. 2.

Передняя поверхность формы I рекомендуется для резцов при обработке серого чугуна, бронзы и других хрупких материалов, а также при тонком и чистовом точении с подачами s < 0,2 мм/об. Форма II передней поверхности используется при обработке ковкого чугуна, стали и стального литья с с бв 80 кгс/мм2, а также и с бв > 80 кгс/мм2 при недостаточной жесткости системы СПИД. Форма III делается у резцов, предназначенных для обработки стали с бв 80 кгс/мм2 при необходимости завивания и дробления стружки. Форма IV применяется при черновой обработке стали и стального литья с бв > 80 кгс/мм2 с неметаллическими включениями, при работе с ударами в условиях жесткой системы СПИД. Форма V рекомендуется при обработке нержавеющих сталей с бв 80 кгс/мм2.

Значения переднего угла твердосплавных резцов выбираются в зависимости от обрабатываемого материала; они указаны в табл. 3.

Задний угол а у твердосплавных резцов, используемых для черновой обработки стали и чугуна, делается равным8°.

Главный угол в плане ф твердосплавных резцов, применяемых в условиях нежесткой системы СПИД, принимается равным 90°. Если обработка происходит при большей жесткости этой системы, главный угол в плане может быть 60 — 75°. При значительной жесткости системы СПИД главный угол в плане принимают равным 45°. Вспомогательный угол в плане ф1 при черновой обработке принимается равным 5—20°, а иногда и больше. Угол наклона главной режущей кромки Я при обработке резцом с ф = 90° принимается равным 0°. При главном угле в плане, меньшем 90°, этот угол делается для обработки стали 0—5°, а для чугуна 10°. При точении с ударами угол делают 12—15°. Вершину резца закругляют радиусом 0,5—1,5 мм. Ширину фаски f принимают равной 0,15—0,5 мм. Меньшие значения принимаются при малом (12x12 мм и менее) сечении резца, большие — при резце сечения 25x25 мм и более.

Таблица 2 – Основные виды форм передней поверхности твёрдосплавных резцов

Таблица 3 – Передние углы твёрдосплавных резцов

Рис. 4 – Проходные резцы без дополнительной режущей кромки (а) и с дополнительной режущей кромкой (б)

Проходные твердосплавные резцы для черновой и получистовой обработки выполняются как без дополнительной режущей кромки (рис. 4, а), так и с дополнительной режущей кромкой (рис. 4, б). Как будет видно из дальнейшего изложения, резцы с дополнительной режущей кромкой позволяют вести обточку со значительно большими подачами, обеспечивая в то же время весьма хорошую шероховатость поверхности V4 — V51.

1.3        Форма передней поверхности, углы и другие элементы быстрорежущих резцов

Форма передней поверхности этих резцов выбирается в зависимости от обрабатываемого материала, подачи и некоторых других условий по табл.4 и в соответствии с общими соображениями, приведенными ниже.

Таблица 4 – Формы передней поверхности быстрорежущих резцов

Передняя поверхность по форме I делается у резцов для обработки стали, а также чугуна, бронзы и других хрупких металлов. По форме II следует делать переднюю поверхность резцов для обработки стали с бв 80 кгс/мм2, вязких цветных металлов и легких сплавов при необходимости завивания стружки.

Таблица 5 – Значения радиуса закругления при вершине, элементов радиусной лунки и размеров фаски резца

Рис. 5 – Изменение углов резца в зависимости от положения его вершины относительно линии центров станка

Передний угол рассматриваемых резцов, используемых для обработки стали, принимается равным 20—25°, а задний угол — равным 6°, при обработке медных сплавов передний угол — 20°, а задний — 8°. Значение главного и вспомогательного углов в плане, а также угла наклона главной режущей кромки быстрорежущих резцов можно брать по соответственным данным для твердосплавных резцов.

Рекомендуемые значения радиуса закругления при вершине резца r, элементов радиусной лунки R и А, а также размера фаски f в зависимости от сечений резца приведены в табл. 5. При обработке легких сплавов ширина фаски / принимается равной нулю.

1.4  Установка проходных резцов относительно линии центров станка

Условия работы резца изменяются в зависимости от положения его вершины относительно линии центров станка.

На рис. 5, б резец установлен таким образом, что вершина его находится на высоте центров станка. Задним углом его в этом случае является а, передним — у и углом резания — б.

При установке того же резца выше линии центров (рис. 5, а) передний угол у увеличивается, а угол резания б уменьшается. Условия резания облегчаются, так как стружка легче сходит по передней поверхности, чем при меньшем переднем угле и, следовательно, большем угле резания. Одновременно с этим, однако, уменьшается задний угол а, что допустимо только до определенных пределов во избежание сильного трения задней поверхности резца об обрабатываемую поверхность (поверхность резания). Если этот же резец установить ниже линии центров станка (рис. 5, в), то, наоборот, передний угол у уменьшается, а угол резания б увеличивается. В результате этого условия резания значительно ухудшаются по сравнению с первыми двумя случаями. Увеличение заднего угла а, получающееся при установке резца ниже центра, не улучшает процесса отделения стружки. Из сказанного вытекает общее правило, заключающееся в следующем.

При черновом обтачивании наружных поверхностей, когда наиболее легкое отделение стружки важнее всего, резец необходимо устанавливать или на высоте линии центров станка, или несколько выше ее, но не ниже.

От этого правила отступают при черновом обтачивании очень твердых материалов. В этом случае давление стружки на резец получается очень большим и резец отгибается вниз, причем вершина его (рис. 5, а) описывает дугу АВ. Если резец при этом установлен так, что вершина его расположена выше линии центров станка, он втягивается в материал детали. В результате этого неизбежны выкрашивание режущей кромки резца, а иногда и поломка его. При установке резца на высоте линии центров и в особенности ниже ее резец под давлением стружки также отгибается, но вершина его не втягивается в материал детали, а наоборот, отходит от нее.

Проверка положения вершины резца относительно линии центров станка производится по острому концу заднего центра или по риске, нанесенной на пиноли задней бабки.

Режимы резания при черновом обтачивании твердосплавными резцами

Глубина резания при черновом обтачивании обычно бывает несколько меньше полного припуска на обработку. Слой металла, оставшийся при этом несрезанным, образует припуск на дальнейшую обработку. Подача выбирается с учетом сечения резца, глубины резания и диаметра обрабатываемой детали. Значения подач для наиболее часто выполняемых работ на станках средней величины приведены в табл. 6, 8, 10 и 12.

Таблица 6 – Подачи (в мм/об) при черновом обтачивании стали твёрдосплавными резцами

Таблица 7 – Скорости резания (в м/мин) при черновом обтачивании углеродистой, хромистой, хромоникелевой сталей и стального литья твёрдосплавными резцами

Таблица 8 – Подачи (в мм/об) при черновом обтачивании стали твёрдосплавными резцами с дополнительной режущей кромкой (φ1 = 0)

Определение скорости резания для данной обработки производится в два приема:

1) по одной из таблиц (табл. 7, 9, 11 или 13) определяется скорость резания для условий, наиболее близких к заданным;

2) числовое значение этой скорости умножается на поправочные коэффициенты, учитывающие конкретные условия предстоящей обработки.

Главнейшими из таких условий являются стойкость резца (коэффициент K1), механические свойства обрабатываемого материала (коэффициент К2), состояние обрабатываемой поверхности (коэффициент Кз), материал резца (коэффициент К4) и его главный угол в плане (коэффициент К5) - Значения этих коэффициентов приведены в табл. 14.

Таблица 9 – Скорость резания (в мм/об) при черновом обтачивании углеродистой, хромистой, хромоникелевой сталей и стального литья твёрдосплавными резцами с дополнительной режущей кромкой (φ1 = 0)

Таблица 10 - Подачи (в мм/об) при черновом обтачивании серого чугуна твёрдосплавными резцами

Таблица 11 – Скорости резания (в м/мин) при чёрновом обтачивании серого чугуна твёрдосплавными резцами

Таблица 12 – Подачи (в мм/об) при черновом обтачивании серого чугуна твёрдосплавными резцами с дополнительной режущей кромкой (φ1 = 0)

Таблица 13 – Скорости резания при черновом обтачивания серого чугуна твёрдосплавными резцами с дополнительной режущей кромкой (φ1 = 0)

Таблица 14 – Поправочные коэффициенты к табличным значениям скоростей резания твёрдосплавными резцами

1.5             Режимы резания при черновом обтачивании быстрорежущими резцами

Ниже приводятся краткие таблицы подач (табл. 15) и скоростей резания быстрорежущими резцами. Скорости резания, приводимые в табл. 16, относятся к определенным условиям работы и рассчитаны исходя из условной стойкости резца, равной 60 мин.