Токарная обработка (изготовление, элементы процесса резания, инструмент применяемый в работе)

Опубликовано чт, 03/07/2019 - 10:50 пользователем alef2016

Токарной обработке отводится особое место в машиностроении так как токарь, одна из ведущих профессий в отрасли обработки металла, ведь практически любую деталь, для механизмов машин, можно изготовить на токарном оборудовании. Так же нельзя спорить с фактом, что токарное оборудование, является самым распространенным и используемым в производстве, по сравнению с другими производственными машинами.

Требования к точности и качеству токарной обработки постоянно растут, но стоит отметить, что качество токарных изделий во многом зависит от квалификации токаря, ведь техническая подготовка специалиста, имеет очень важное значение, так как умение правильно подобрать инструмент, поймать размер и выполнить все технические требования, для специалиста без опыта, будет практически не реально, даже на абсолютно новом станке, учитывая, что деталь может быть сложная и с высокими допусками.

На данный момент классические токарные станки устаревают и им на смену давно пришли токарные станки с Числовым Программным Управлением (токарные станки с ЧПУ), так как они отличаются высоким уровнем автоматизации и на данный момент они очень широко применяются в производстве деталей машиностроения. Но скажу как специалист с опытом в машиностроении, токарные станки без ЧПУ, нельзя списывать со счетов, особенно произведенные в советское время, так как запас прочности такого оборудования крайне высокий и по надежности им нет аналогов, скажу честно, у советских станков, бешенный запас прочности.

Но для того, что бы выдерживать конкуренцию в современных рыночных условиях и успешно выполнять даже самые сложные заказы, требуется современное высокотехнологичное компьютеризированное оборудование, для работы на котором так же необходимо обладать глубокими теоретическими знаниями, а так же производственными навыками и опытом.

Элементы процесса резанья на токарных станках

Токарная обработка, как уже было сказано выше, один из самых распространенных способов обработки металлов резанием. Данный тип обработки применяется при изготовлении изделий типа тел вращения, таких как:

Для того что бы наглядно показать самые распространенные типы токарных работ, ниже мы разместили изображение с описанием.

Большинство деталей используемых в машиностроении, получают окончательную форму и размеры в результате процесса механической обработки заготовки методом резания, которое осуществляется последовательным удалением режущим инструментом (сверло, резец и пр.), тонких слоев металла или другого материала в виде стружки с поверхности заготовки, а так же внутренних отверстий при сверлении, рассверливании, растачивании или нарезании резьбы.

Резец при снятии стружки работает по типу клина, при вращении заготовки, режущая часть резца заточенная в виде клина, отделяет стружку от заготовки постепенно проход за проходом придавая необходимый размер и профиль. Принцип работы резца по типу клина показан на рисунке ниже.

Сам процесс резания на токарном станке осуществляется при вращении обрабатываемой заготовки, в момент вращения заготовки резец осуществляет прямолинейное поступательное движение подачи и далее уже происходит планомерное снятие слоя металла в виде стружки.

Так же существуют элементы режима резания при точении заготовки, это:

  1. Скорость резания;
  2. Подача;
  3. Глубина резания.

Скорость резания, это длина пути пройденного режущей кромкой инструмента, относительно обрабатываемой поверхности заготовки за единицу времени и измеряется данная скорость в м/мин.

Подача, это величина перемещения режущей кромки инструмента (резца, сверла и пр.) за один оборот заготовки или за единицу времени. Подача измеряется в мм/об., или в мм/мин., может быть как продольной когда инструмент перемещается вдоль оси вращения заготовки, так и поперечной, когда инструмент перпендикулярно оси вращения заготовки.

Глубина резания, это величина срезаемого слоя металла, за один проход резца, измеряется в мм.

У заготовки же различают несколько видов поверхностей:

  1. Обрабатываемая, это поверхность с которой снимают стружку и которой предстоит обработка;
  2. Обработанная, это поверхность полученная после снятия стружки;
  3. Резания, это переходная между обрабатываемой и обработанной поверхностью и образуется режущим инструментом.

Какие материалы обрабатываются на токарном станке

Качество и скорость обработки материала зависит от сопротивления поверхности к резанию и в зависимости от качества обработки поверхности, которое нужно получить. Так  же не маловажен химический состав металла, структура, механические и физические свойства.

Когда происходит черновая обработка, важным критерием обрабатываемости, является стойкость инструмента при соответствующей силе и скорости резания. А при чистовой обработке, основной критерий обрабатываемости, является шероховатость поверхности, точность обработки и стойкость инструмента.

Однако, существуют подходы с помощью которых можно определить изменения в стойкости режущего инструмента. Существует так называемый классический подход он заключается в том, что режущий инструмент испытывается на разных скоростях, постепенно увеличивая скорость и доводя ее до определенного максимума (при этом глубина резания и подача, могут изменяться), при котором инструмент приводится к затуплению, тем самым, получают период стойкости резца в минуту.

Хотя классический метод не совсем научный, он основан не на расчетах и теории, а на практическом применении, так как токарь в реальных боевых условиях тестирует инструмент и материал с которым ему предстоит работать, к тому же данный подход, требует минимальных временных затрат и минимального расхода материала.

Так же есть более быстрые способы определения стойкости инструмента и материала, это такие способы как:

  • Точение по торцу;
  • Тепловой;
  • Радиационный и пр.

Но у данных способов есть свои недостатки, основной из них это конечно же меньшая точность в сравнении с «классическим методом».

Токарной обработке подлежат такие материалы как чугун, сталь, цветные металлы и сплавы, пластмассы.

И так переходим к обрабатываемым материалам.

Чугун, это сплав железа, углерода, кремния, марганца и других веществ. Содержание углерода в чугуне в среднем составляет от 2,14 до 4,15%. Так же есть виды чугунов такие как серый чугун, а так же высокопрочный чугун, но в рамках данной статьи мы не будем их рассматривать. Мы лучше подробнее остановимся на сталях.

Сталь, это сплав железа с углеродом. Химический состав стали, оказывает влияние на обрабатываемость. Чем больше в стали углерода, тем выше ее механическая прочность и соответственно высокое наличие углерода сказывается на сопротивлении стали к резанию, чем выше содержание углерода, тем сложнее обрабатывается сталь. Если в стали малое количество содержания углерода от 0,1 до 0,25%, то мы получим после обработки большую шероховатость поверхности.

Углеродистые стали обыкновенного качества, обозначаются такими буквами как Ст. и числами от 9 до 6, к примеру Ст3 и чем выше число в обозначении стали, тем выше в ней содержание углерода. Всегда качественные углеродистые стали обозначаются числами от 10 и выше, к примеру Ст10, 20, 30, 35, 45 и пр., числом показано среднее содержание углерода в стали, в сотых долях процента. К примеру, среднее содержание углерода в стали 15 в районе 0,15%.

Автоматические конструкционные стали. Данные стали обозначаются как А12, А20, А30, А40. Так называемые автоматные стали, отличаются от других тем, что в них содержится  больше серы и за счет этого они лучше обрабатываются, в отличие от углеродистых сталей повышенного качества, так и обыкновенные.

Легированные стали. Имеют в своем обозначении как цифры, так и буквы и среди самых распространенных обозначений фигурируют 20Х, 40ХН, 30ХГН, 20ХНЗА и пр. Цифрами обозначается средний показатель содержания углерода в сотых долях процента, а буквами обозначается наличие легирующего элемента, а если стоят цифры после букв, то они означают процент содержания легирующего элемента. Наличие буквы «А» в конце, обозначает, что сталь высокого качества.

Сплавы цветных металлов. Довольно часто на токарных станках обрабатывают латунь, бронзу, а так же дюралюминий.

Бронза, это сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами. Бронза обозначается буквами Бр., после идут начальные буквы основных элементов которые входят в сплав, далее идут цифры обозначающие среднее содержание элементов в процентах. Так же для того, что бы бронза лучше обрабатывалась и для получения лучших антифрикционных свойств, в состав бронзы добавляют свинец.

Латунь, это сплав меди с цинком. Латунь обозначается буковой «Л» и двузначным числом, оно обозначает содержание меди (среднее) в процентах. К примеру, латунь с маркировкой Л62, содержит 62% меди и 38% цинка. Что бы латунь лучше поддавалась обработке, в ее состав вводят от 1 до 2% свинца и такая латунь отлично обрабатывается на станках автоматах. С целью повысить прочность, добавляют никель, алюминий и прочие элементы.

Дюралюминий, это сплав алюминия с медью, содержание которой от 4 до 5%, магний содержание которого примерно 0,5%, марганец кремний и железо. Дюралюминий подразделяется на следующие марки:

  • Д1;
  • Д6;
  • Д16 и пр.

В отличие от вышерассмотренных сталей, маркировка дюралюминия, не обозначает его химический состав.

Пластмассы в данной статье мы рассматривать не будем, хотя их так же обрабатывают токарным способом. Среди пластмасс выделяют капролон. Текстолит и пр.

Режущий инструмент применяемый в токарной обработке

Работа на токарном станке и изготовление деталей различного профиля применяется различного назначения режущий инструмент, самый распространенный это:

  • Резцы различного профиля и назначения;
  • Зенкеры;
  • Сверла;
  • Развертки;
  • Метчики;
  • Плашки;
  • Фасонный инструмент и пр.

Самым распространенным из всего перечисленного является токарные резцы, ведь их применяют для обработки плоскостей, фасонных и цилиндрических поверхностей, нарезания метрической резьбы и специальной резьбы. Все элементы резца отражены на рисунке.

Стандартный резец состоит из головки, это как правило его рабочая часть, а так же из стержня, он необходим для закрепления резца в резцедержателе.

По передней поверхности резца сходит стружка, задняя (главная и вспомогательная) поверхности, называют поверхности обращенные к обрабатываемой детали. Основную работу по резанию, выполняет главная режущая кромка, она образуется пересечением передней и главной задней поверхности резца.

Вспомогательная режущая кромка, образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца, это место где пересекаются главная и вспомогательная режущая кромка.

Для определения углов резца, существуют понятия, первое это плоскость резца и второе это основная плоскость.

Плоскостью резания называют плоскость, касательную с поверхностью резания и проходящую через главную режущую кромку резца, это показано на рисунке ниже.

Углы резца разделены на главный и вспомогательный, как показано на рисунке ниже. Главные углы резца измеряют в главной секущей плоскости, а точнее в плоскости, которая перпендикулярна проекции главной режущей кромки на основную плоскость. 

Главный задний угол, это угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Угол заострения, это угол между передней и главной задней поверхностью резца.

Главный передний угол, это угол, между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку резца.

Угол резания, это угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Главный угол в плане Ф, это угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи (рис 1.6).

Вспомогательным углом в плане Ф1, называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направление подачи (рис 1.6).

Угол при вершине в плане Е, называется угол между проекциями главной и вспомогательной режущей кромок на основную плоскость.

Вспомогательный задний угол а1, называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Угол наклона главной режущей кромки l называется угол между главной режущей кромкой и плоскостью, проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости.

Классификация резцов

Резцы классифицируются следующим образом:

  • По виду обработки, проходные, подрезные, отрезные, прорезные, расточные, фасонные резьбонарезные и пр. Как показано на рисунке выше (рис. 1.8)
  • По сечению стержня. Прямоугольные, квадратные, круглые;
  • По способу изготовления. Цельные и составные. Самые распространенные, это составные резцы со сменными пластинами из твердого сплава, способ крепления пластин, может быть как механический, так и припаиваются;
  • По материалу изготовления, это может быть быстрорежущая сталь, или твердый сплав;
  • По конструкции головки, отогнутые, прямые, оттянутые;
  • По направлению подачи различают правые и левые. Правый резец работает при подаче справа на лево, перемещением к передней бабке станка.

Сверла применяемые при токарной обработке

Сверление применяется как метод предварительной обработки отверстий в заготовках.

Существует не мало конфигураций сверел, различают следующие:

  • Спиральные;
  • Перовые;
  • Глубокого сверления;
  • Центровочные;
  • Эжекторные.

Самые распространенные это спиральные сверла, именно их используют в подавляющем большинстве случаев.

На рисунке 1.9, расположенном ниже, Вы можете увидеть, что сверло имеет две режущие кромки, образованные пересечением передних винтовых поверхностей канавок, по которым проходит стружка,  с задними поверхностями, обращенными к поверхности резания. Поперечную режущую кромку (перемычку), образованную пересечением обеих задних, поверхностей. Две вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением передних поверхностей с поверхностью ленточки.

Ленточка сверла, это узкая полоска на его цилиндрической поверхности, расположенная вдоль винтовой канавки и обеспечивающая направление сверла при резании.

Угол наклона винтовой канавки w угол между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла.

Угол наклона режущей кромки (перемычки) острый угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла.

Угол режущей части (угол при вершине) j2 – угол между главными режущими кромками при вершине сверла.

Передний угол g - угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла. По длине режущей кромки передний угол g является величиной переменной.

Задний угол a - угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной  той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла.

Зенкеры

Зенкеры по конструктивным особенностям и способу закрепления делятся на хвостовые и насадные, цельные и сборные. Они предназначены для окончательной обработки отверстий или предварительной обработки отверстий под последующее развертывание.

Зенкеры с наружным диаметром до 32 мм., изготавливаются цельными и внешне напоминают спиральные сверла, но в отличие от последних имеют три винтовые канавки и следовательно, три режущие кромки, что увеличивает их производительность. Режущая, или заборная часть 1 (рис. 1.12) выполняет основную работу резания. Часть 2 (рис. 1.12) является калибрующей и используется для калибрования отверстий и придания правильного направления зенкеру.

Хвостовик 5 служит для того, что бы закрепить зенкер в станке.

Для обработки отверстий диаметром до 100 мм. используются насадные зенкеры, они имеют четыре винтовые канавки и четыре режущие кромки, не имеют хвостовика и крепятся с помощью оправки.

Развертки

Используются для обработки отверстий для придания диаметру наивысшей точности, обеспечивают высокое качество обработки и высокую шероховатость поверхности.

Развертки делятся на два вида:

  • Машинные;
  • Ручные.

По форме обрабатываемого отверстия цилиндрические и конические.

В среднем развертки имеют от 6 до 16 зубьев, как правило неравномерно распределенные по окружности, что обеспечивает более высокое качество обработки. Хвостовики могут быть коническими и цилиндрическими.

Метчик

 

Метчики используют для нарезки резьбы и калибрования резьбы в отверстиях. Метчики разделяют на ручные, машинные и гаечные (для нарезания резьбы в гайках).

Плашки

Предназначены для нарезки резьбы или калибровки наружной резьбы, за один проход. Плашки используются для нарезки резьбы диаметром до 52 мм.

Плашка имеет вид закругленной гайки с осевыми отверстиями, которые как раз и образуют режущие кромки. На плашках в среднем от 3 до 6 стружечных отверстия, служащих для отвода стружки Толщина плашки обычно от 7 до 10 витков, режущая часть плашки выполнена в виде конуса. Подробно плашка изображена на рисунке выше.

В целом это все, что я хотел рассказать о токарной обработке в рамках данной статьи и хотя данная тема очень обширна, прочие вопросы касающиеся токарной обработки мы обязательно будем рассматривать в следующих статьях.