Технологические процессы в машиностроении

.

Таким образом, регулирование тока короткого замыкания и сварочного тока в различных конструкциях сварочных трансформаторов выполняется за счет изменения величины его индуктивного сопротивления Хт.

Источник тока должен быть электробезопасным для сварщика (вторичное напряжение источника на холостом ходу ограничено величиной 60-80 В). Следует помнить, что абсолютно безопасным является напряжение 36 В для сухих помещений и 12 В - для сырых. Однако при напряжении ниже 60 В возникают трудности при возбуждении дуги, таким образом, сварочное напряжение не является абсолютно безопасным и при определенных условиях (болезненное состояние, алкогольное опьянение, сырое помещение и т. д.) может привести к смертельному исходу.

Для ручной дуговой сварки в зависимости от рода тока в сварочной цепи используют источники переменного тока - сварочные трансформаторы и источники постоянного тока - сварочные выпрямители и генераторы.

Источники переменного тока более распространены, так как обладают рядом технико-экономических преимуществ: сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы.

Существуют сварочные трансформаторы двух групп:

1. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием. Эти трансформаторы могут быть двух типов. В первом случае дроссель может выполняться отдельно от трансформатора. Во втором - в однокорпусном исполнении.

2. Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием также разделяются на два типа: с подвижным шунтом или с подвижной обмоткой.

Наиболее широко используются трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием и подвижной первичной обмоткой. Трансформатор (рис. 1) состоит из замкнутого магнитопровода 1, который собирается из пластин электротехнической стали, и двух обмоток. Вторичная обмотка 3 крепится на магнитопроводе неподвижно. Первичная обмотка 4, подключаемая к промышленной сети, может свободно перемещаться вдоль стержней магнитопровода с помощью винтового механизма 2. Первичная и вторичная обмотки разнесены друг относительно друга, что обусловливает повышенное индуктивное сопротивление трансформатора вследствие появления магнитных потоков рассеяния. При работе трансформатора основной магнитный поток Фо, создаваемый первичной и вторичной обмотками, замыкается через магнитопровод. Часть магнитного потока замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния Фs1 и Фs2. С увеличением расстояние между обмотками увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает индуктивное сопротивление трансформатора.

Для регулирования сварочного тока изменяют расстояние между обмотками трансформатора. Минимальный сварочный ток соответствует наибольшему расстоянию между обмотками и максимальным потокам рассеяния.

Кроме традиционных источников питания дуги для ручной дуговой сварки все более широко применяются инверторные источники переменного тока. При достаточно большой мощности они имеют малые габариты и массу.

Рабочее место сварщика (сварочный пост) при небольших габаритах изделий организуют в сварочных кабинах размерами 2,0?2,5?2,0 м. Обязательна вытяжная вентиляция. В кабине устанавливают сварочный трансформатор, предусматривают наличие рубильников, кабелей, электрододержателя, заземления источника питания, корпусов рубильников, сварочных столов. На посту должен находиться комплект приспособлений: зубило, молоток и металлическая щетка для удаления шлака, электрошкаф для прокалки электродов, мерительный инструмент, щитки и маски для предохранения сварщика от брызг металла, частиц шлака искр и излучения. Щиток удерживается в руке, а маска надевается на голову и освобождает руку сварщика. Щиток и маска имеют смотровое окно со светофильтром, который поглощает опасные излучения дуги. Различают ослабляющие светофильтры постоянной плотности (черные стекла), которые имеют оптическую плотность (число, показывающее, во сколько раз снижается яркость свечения дуги) от 3 до 13 в зависимости от марки, а также светофильтры с изменяющейся оптической плотностью. Последние без дуги прозрачны, а при ее зажигании за время менее 0,01 с оптическая плотность фильтров автоматически возрастает до номинальной. Действие таких светофильтров основано на способности жидких кристаллов менять свою оптическую плотность под влиянием внешних воздействий.

Спецодежду для сварщика изготавливают из плотного брезента или сукна, на ней не должно быть открытых карманов. Обувь должна иметь глухой верх, брюки навыпуск. Рукавицы изготавливают из плотного брезента, кожи или асбестовой ткани.

3. Сварочные электроды

Электрод для ручной дуговой сварки (см. рис. 2) представляет собой металлический стержень 1 длиной 300-450 мм, на поверхность которого нанесено покрытие 2. В процессе сварки дуга 6 горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится и вместе с металлом расплавленных кромок свариваемых заготовок образует металлическую ванну 4. Плавится также и покрытие электрода, образуя защитную шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла, что предохраняет его от вредного воздействия атмосферы. Совокупность металлической и шлаковой ванн называют сварочной ванной. По мере движения дуги металлическая ванна затвердевает, и формируется сварной шов 5. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 3.

Стержни электродов изготовлены из сварочной проволоки. Стандартом предусмотрено 77 марок стальной проволоки диаметром 0,2-12 мм, которые делятся на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А и др.), легированную (Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10МЗТ и др.). В марках проволоки «Св» означает «сварочная», первые две цифры - содержание углерода в сотых долях процента, последующие буквы и цифры - содержание легирующих элементов в соответствии с маркировкой легированных сталей; последняя буква «А» - пониженное содержание серы и фосфора.

Покрытия электродов предназначе-ны для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия атмосферы и формирования металла шва с заданным составом и свойствами. Равномерное горение дуги достигается за счет введения в покрытие стабилизирующих компонентов - легкоионизирующихся веществ (соединений натрия, калия, кальция в виде мела, мрамора и т. п.). Газовая защита сварочной ванны выполняется введением в покрытия газообразующих веществ: целлюлозы, крахмала и др. Для обеспечения шлаковой защиты в покрытия вводят шлакообразующие элементы - рутиловый концентрат, полевой шпат, марганцевую руду. Для удаления кислорода из сварочной ванны в покрытия вводят раскисляющие компоненты - сплавы железа с активными металлами, например, ферромарганец. Входящий в его состав марганец реагирует с растворенным в ванне кислородом, а также с кислородом оксидов и восстанавливает чистое железо, сам марганец при этом окисляется и уходит в шлак. После застывания шлак образует на поверхности шва твердую стекловидную корку. При удалении шлаковой корки ударами молота следует беречь глаза от разлетающихся стекловидных частичек шлака, закрываясь щитком или маской. В покрытия также вводят легирующие элементы для легирования металла шва. Кроме того, в покрытия добавляют пластификаторы и связующие, придающие покрытию прочность и хорошее сцепление со стержнем.

Различают следующие виды покрытий:

1) кислые (основные компоненты - MnO и SiO2), обладают хорошими технологическими свойствами, но при сварке выделяют токсичные соединения марганца, поэтому их применение сокращается;

2) рутиловые (основной компонент - TiO2), обладают высокими сварочно-технологическими свойствами;

3) основные (содержат CaCO3 и MgCO3), технологические свойства ограничены;

4) целлюлозные (основные компоненты - целлюлоза и другие органические вещества), создают хорошую газовую защиту и образуют малое количество шлака, например электроды ОМА2.

Стандартное условное обозначение электродов содержит основную информацию о сварочных электродах.

4. Режим сварки

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и сила сварочного тока.

Диаметр электрода d выбирается в зависимости от толщины листов свариваемого металла S с помощью табл. 1.

Таблица 1

S, мм	1-2	3-5	6-10	11-15	16-20	21 и более
d, мм	2-3	3-4	4-5	5	5-6	6-8

Сила сварочного тока I определяется по формуле:

I = (20 + 6d)·d, А.

При сварке высоколегированных сталей для уменьшения перегрева металла расчетное значение силы тока уменьшают на 20-30 %.

В производственных условиях для определения силы сварочного тока ориентируются на паспортные данные электродов.

Листы толщиной до 6 мм свариваются встык с одной стороны, а до 12 мм - с двух сторон без разделки кромок. При односторонней сварке листов толщиной более 6 мм выполняется обычно V-образная разделка кромок под углом 60 (рис. 3, а). Если шов можно выполнять с двух сторон, то для толщин свыше 12 мм делают Х-образную разделку (рис. 3, б). Существуют и другие виды разделки кромок.



Рис. 3. V-образная (а) и Х-образная (б) разделка кромок

При толщине свариваемых листов более 6 мм производится многопроходная сварка, так при стыковой сварке листов толщиной 20 мм выполняется 6-7 проходов.

Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном (рис. 4), при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.

Рис. 4. Возможные пространственные положения при сварке:

а - нижнее; б - вертикальное; в - горизонтальное; г - потолочное

Подводимая к свариваемому изделию теплота характеризуется тепловой мощностью дуги. Полная тепловая мощность сварочной дуги

Q = K·I·U, Bт,

где I - сила сварочного тока, А,

U - напряжение на дуге, В,

K - коэффициент несинусоидальности напряжения и тока (для переменного тока K 0,84).

Часть мощности дуги рассеивается, а то количество теплоты, которое вводится в свариваемое изделие, называется эффективной тепловой мощностью сварочной дуги:

G = r·Q, Вт,

где r - КПД дуги (для ручной дуговой сварки r 0,81).

Основными дефектами сварных соединений являются непровары и несплавления, трещины, раковины и поры.

Качество полученных соединений определяется различными средствами технического контроля: внешним осмотром, неразрушающими и разрушающими методами и др.

5. Электроконтактная сварка

Контактная сварка - это процесс образования неразъемного соединения за счет нагрева металла проходящим через пятно контакта электрическим током и пластической деформации сварного шва сжимающим усилием. Максимальное количество тепла выделяется в месте сварочного контакта из-за незначительной площади вершин микровыступов и наличия пленок загрязнений и оксидов на поверхности.

При непрерывном сдавливании заготовок нагретый металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются из зоны контакта. Нагрев продолжается до необходимого пластичного состояния или оплавления материала заготовок.

Параметрами режима контактной сварки являются величина сжимающего усилия Р (Н), плотность тока j (A/мм2) и время протекания тока (с). Основными способами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная сварка.

Стыковая сварка



При стыковой сварке изделия свариваются по всей поверхности соприкосновения. Способ применяется, в основном, для соединения заготовок из сортового проката и труб. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах сварочной машины, сдавливают силой Р и включают ток (рис. 5). По окончании нагрева ток отключают и одновременно увеличивают сжимающее усилие Р, - производят осадку (проковку). Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, а при разогреве до оплавления - сваркой оплавлением. Циклограммой сварки называют совместное графическое изображение силы тока и величины давления в процессе сварки. Циклограммы различных способов сварки похожи, время прохождения сварочного тока обычно существенно меньше времени приложения сжимающего усилия Р (рис. 6).

Перед стыковой сваркой сопротивлением заготовки очищают различными методами, и торцы их плотно подгоняют друг к другу. Сварка оплавлением не требует особой подготовки места соединения, так как в процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а загрязнения удаляются. Стыковой сваркой соединяют заготовки из сталей, медных, алюминиевых и других сплавов при изготовлении концевого режущего инструмента, железобетонной арматуры, длинномерных трубчатых изделий, железнодорожных путей и т. д.

Точечная сварка

Точечной сваркой называется способ контактной сварки, при котором заготовки соединяются на отдельных ограниченных участках соприкосновения - точках. Листовые заготовки толщиной 0,2-6 мм сжимают между электродами сварочной машины (см. рис. 7) и включают ток. Нагрев продолжают до расплавления внутренних контактирующих слоев. После этого ток выключают, давление несколько увеличивают, а затем снимают. В результате образуется литая сварная точка.

Кристаллизация точки протекает под давлением, это позволяет избежать образования усадочных раковин. Перед сваркой место соединения очищают от загрязнений и оксидных пленок. Параметры режима сварки (силу тока, время и давление) подбирают по справочным таблицам, а затем корректируют опытным путем. Точечную сварку применяют для изготовления изделий из сталей, алюминиевых сплавов в различных отраслях промышленности. Незаменима точечная сварка в автомобилестроении при изготовлении кузовов, кабин, дверей.

Шовная сварка

Шовной сваркой называется разновидность контактной сварки, при которой подвод тока от источника питания к свариваемым заготовкам осуществляется при помощи двух вращающихся дисковых электродов - роликов (рис. 8).

Листовые заготовки собирают внахлест, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной герметичный шов. Шовная контактная сварка - высокопроизводительный процесс, ее скорость может достигать 10 м/мин, она широко применяется для соединения сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов; толщина листов - от 0,3 до 4,0 мм. Особенно эффективно применение шовной сварки в массовом производстве при изготовлении емкостей для жидкостей и газов. Широко применяется шовно-стыковая сварка труб с прямым продольным сварным швом.

Сварка аккумулированной энергией

Недостатком контактной сварки является кратковременное импульсное потребление значительной мощности в момент сварки, что создает существенную нагрузку для питающей электрической сети. Сварка предварительно накопленной энергией позволяет создать более благоприятные условия нагружения для сети.

Существует четыре разновидности сварки аккумулированной энергией:

1) конденсаторная - энергия накапливается в батарее конденсаторов;

2) электромагнитная - энергия запасается в магнитном поле специального сварочного трансформатора;

3) инерционная - энергия запасается во вращающихся частях генератора;

4) аккумуляторная - энергия накапливается в аккумуляторной батарее.

Наиболее широко применяется конденсаторная сварка, она используется в производстве электроизмерительных и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов, элементов полупроводников и электронных схем.

Основными дефектами соединений при стыковой сварке являются непровары, а также чрезмерный рост зерна и обезуглероживание сталей из-за перегрева. Основной показатель качества точечной и шовной сварки - размеры ядра сварной точки и литой зоны шва.

Качество контактной сварки контролируют внешним осмотром, методами неразрушающего контроля, а непровар - разрушением образцов в тисках молотком и зубилом.

Методические указания по выполнению работы

Под руководством учебного мастера зажечь дугу и выполнить ручную дуговую сварку образцов.

Определить значения напряжения и силы тока в сварочной цепи при работе трансформатора в режиме холостого хода, при устойчивом горении дуги и при коротком замыкании, результаты внести в табл. 2.

Таблица 2

Режим работы трансформатора	U, B	I, A
1. Холостой ход
2. Устойчивое горение дуги
3. Короткое замыкание

По данным табл. 2 построить внешнюю вольт-амперную характеристику сварочного трансформатора.

Определить полную тепловую мощность и эффективную тепловую мощность сварочной дуги.

Под наблюдением учебного мастера произвести точечную сварку пластин и стыковую сварку прутков. Определить качество сварки внешним осмотром.

Сделать выводы по работе.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Краткие сведения о ручной дуговой и электроконтактной сварке.

3. Внешняя характеристика источника сварочного тока.

4. Выводы по работе.

Вопросы для самоконтроля

Чем обусловлено широкое применение ручной дуговой сварки?

Какую дугу называют сварочной?

Как зажигают сварочную дугу?

Можно ли зажечь сварочную дугу, не касаясь электродом заготовки?

Почему источник сварочного тока с крутопадающей характеристикой обеспечивает устойчивое горение дуги?

Как обеспечивается крутопадающая характеристика сварочного трансформатора?

Как выполняют плавное регулирование сварочного тока трансформатора?

Как устроен сварочный пост ручной дуговой сварки?

Что такое оптическая плотность ослабляющего светофильтра?

На какие группы делят сварочные стальные проволоки и как их маркируют?

Для чего предназначены электродные покрытия и какие компоненты входят в их состав?

Что понимается под режимом ручной дуговой сварки?

Как обозначают сварочные электроды?

В каких пространственных положениях выполняется ручная дуговая сварка?

В какой последовательности выполняется стыковая сварка?

Что такое циклограмма контактной сварки?

Какие изделия производят с использованием точечной сварки?

Какие изделия производят с использованием шовной сварки?

Какие существуют разновидности сварки аккумулированной энергией?

Для каких изделий применяется контактная стыковая сварка?

Каковы основные дефекты контактной сварки?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

литейный ковка фрезерование

Цель работы

Ознакомиться с параметрами режима резания, геометрией режущего инструмента, устройством и назначением некоторых металлорежущих станков.

Изучить технологические процессы обработки деталей машин точением, фрезерованием, строганием.

Освоить основные приемы работы на токарных, фрезерных и строгальных станках.

Материалы и оборудование

Токарные, фрезерные, строгальные станки.

Металлорежущий и мерительный инструмент.

Заготовки для изготовления деталей.

Основные положения

Обработка металлов резанием - это процесс срезания режущим инструментом слоя металла с поверхности заготовки в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.

1. Режим резания

Движения, которые сообщаются инструменту и заготовке для срезания слоя металла, называют движениями резания. Они разделяются на главное движение резания Dr, которое определяет скорость деформирования и отделения стружки, и движение подачи Ds, которое обеспечивает непрерывность процесса резания. Главное движение всегда одно, движений подачи может быть несколько.

Скорость главного движения резания v (м/мин.) - это скорость перемещения точки режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности в направлении главного движения. Для вращательного главного движения скорость резания:

v = ·Dзаг.·n·10-3, м/мин.

Скорость движения подачи vs - это скорость рассматриваемой точки режущей кромки в направлении движения подачи. Предусматривается также понятие подача s (мм/об; мм/дв. ход) - это перемещение инструмента в направлении движения подачи за один оборот, либо двойной ход заготовки или инструмента.

Глубина резания t (мм) - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно к последней, пройденное за один проход инструмента.

При обработке цилиндрической поверхности:

t = 0,5·(Dзаг. ? d), мм.

Скорость главного движения резания v, подача s и глубина резания t характеризуют напряженность процесса обработки и являются параметрами режима резания.

2. Геометрия инструмента

При всем многообразии конструкций режущих инструментов они имеют много общего, поэтому подробное изучение токарного резца позволяет ограничиться рассмотрением лишь специфических особенностей конструкции других инструментов.

Токарный проходной резец состоит из стержня, при помощи которого он закрепляется на станке, и рабочей части. Элементы рабочей части резца показаны на рис. 1:

передняя поверхность 1, по которой сходит стружка; поверхности, называемые задними, которые обращены: главная задняя 2 - к поверхности резания, вспомогательная задняя 4 - к обработанной поверхности; главная 3 и вспомогательная 6 режущая кромка; вершина резца 5.

Расположение поверхностей режущей части инструмента регламентируется углами, для определения которых вводят координатные плоскости. Плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач и проходящая через вершину резца, называется основной.

Плоскость резания проходит через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости.

Главные углы резца рассматриваются в главной секущей плоскости (рис. 2, б), которая проходит перпендикулярно к проекции главной режущей кромки на основную плоскость. Передний угол образуется передней поверхностью и нормалью к плоскости резания, а главный задний угол - главной задней поверхностью и поверхностью резания. Угол заострения заключен между передней и задней поверхностями.



Рис. 2

Вспомогательный задний угол 1 измеряют во вспомогательной секущей плоскости (рис. 2, в), перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость. Главный угол в плане образуется проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи, а вспомогательный угол в плане 1 - проекцией вспомогательной режущей кромки на эту плоскость и направлением, противоположным движению подачи. Угол в плане при вершине резца измеряют между проекциями режущих кромок на основную плоскость.

Углы инструмента определяют остроту режущего клина, форму сечения срезаемого слоя и существенно влияют на процесс резания и стружкообразования.

3. Обработка заготовок на токарных станках

На станках токарной группы обрабатываются заготовки, совершающие вращательное главное движение. Инструмент непрерывно перемещается параллельно оси вращения заготовки (продольная подача) либо перпендикулярно к ней (поперечная подача).

Общий вид токарно-винторезного станка приведен на рис. 3.

Станина 1 с направляющими закреплена на тумбах, передней 12 и задней 10. В передней бабке 4 смонтированы коробка скоростей и шпиндель. На шпинделе устанавливают приспособления для закрепления заготовок 5. Коробку подач 2 крепят к лицевой стороне станины. С левой стороны станины установлена коробка сменных зубчатых колес 3. Продольный суппорт 6 перемещается по направляющим станины, на нем смонтирована поперечная каретка с верхним суппортом 8, на котором располагается четырехпозиционный резцедержатель 7. К продольному суппорту крепят фартук 11, в котором смонтированы механизмы подач. В пиноли задней бабки 9 устанавливают задний центр или инструмент для обработки отверстий (сверла, зенкеры, развертки).

Рис. 3

Для закрепления заготовок на токарных станках используют трехкулачковые самоцентрирующие патроны. Длинные заготовки устанавливают в центрах, а для передачи на заготовки крутящего момента от шпинделя используют поводковые патроны и хомутики. Для установки заготовок типа втулок, колец и стаканов применяют конические, цанговые и другие оправки.

Рис. 4

На токарных станках выполняют следующие основные виды работ (рис. 4). Обтачивание - обработка наружных цилиндрических поверхностей - выполняется проходными резцами 5. Подрезание торца выполняют подрезными резцами 3. Отрезку выполняют отрезными резцами 7. Сверление, зенкерование и развертывание отверстий производят соответствующими инструментами (например, сверлом 1). Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей выполняют расточными резцами 2. Фасонные поверхности обрабатывают фасонными резцами 6. Обтачивание наружных конических поверхностей осуществляют широкими токарными резцами, поворотом каретки верхнего суппорта, смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении и с помощью конусной линейки. Нарезание резьбы выполняют резьбовыми резцами 4, плашками и метчиками.

4. Обработка заготовок на фрезерных станках

Фрезерование - это способ формообразования деталей многолезвийным режущим инструментом - фрезой. Способ характеризуется вращательным главным движением инструмента и поступательным движением подачи заготовки.

Наиболее распространены горизонтально-фрезерные и вертикально-фрезерные станки, которые подразделяются в зависимости от положения оси вращения шпинделя.

Горизонтально-фрезерные станки состоят из следующих основных узлов (рис. 5): в станине 1 размещена коробка скоростей 2. По вертикальным направляющим станины перемещается консоль 6. Заготовка, устанавливаемая на столе 4, получает подачу в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном. Коробка подач 7 размещена в консоли. Хобот 3 служит для закрепления подвески 5, поддерживающей конец фрезерной оправки 8 с закрепленным на ней инструментом - фрезой 9.

Вертикально-фрезерные станки имеют поворотную шпиндельную головку, которая может поворачиваться в вертикальной плоскости для обработки наклонных плоскостей с поперечной подачей.

Для закрепления заготовок на фрезерных станках применяют машинные тиски, прихваты, угольники, призмы. Важной принадлежностью фрезерных станков являются делительные головки, которые служат для периодического поворота заготовок на требуемый угол или для непрерывного их вращения при фрезеровании винтовых канавок.

Рис. 5

На горизонтально-фрезерных станках выполняют следующие работы (см. рис. 6): горизонтальные плоскости фрезеруют цилиндрическими фрезами 2. Вертикальные плоскости обрабатывают торцевыми фрезами 1. Наклонные плоскости и скосы фрезеруют одноугловыми фрезами 3. Угловые и фасонные пазы выполняют двухугловыми 4 и фасонными 5 дисковыми фрезами. Уступы и прямоугольные пазы фрезеруют дисковыми фрезами 6 и 7. Фасонные поверхности с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей обрабатывают фасонными фрезами 8.

Рис. 6

Аналогичные работы выполняют на вертикально-фрезерных станках торцевыми 9 и концевыми 10 фрезами различных конструкций.

Для закрепления фрез и передачи крутящего момента от шпинделя станка на фрезу применяют фрезерные оправки. Цилиндрические и дисковые фрезы насаживают на длинную оправку и фиксируют установочными кольцами. Коническим хвостовиком оправку вставляют в отверстие шпинделя, другой конец оправки поддерживается подвеской. Торцевые насадные фрезы закрепляют в коротких концевых оправках. Фрезы с хвостовиком закрепляют в коническом отверстии шпинделя непосредственно или через переходные втулки.

5. Обработка заготовок на строгальных станках

Строганием называют метод обработки заготовок при прямолинейном возвратно-поступательном движении инструмента или заготовки. Прерывистое движение подачи на каждый двойной ход имеет стол с заготовкой или резец.

Строгальные станки разделяют на поперечно-строгальные и продольно-строгальные. В поперечно-строгальных станках (см. рис. 7) главное возвратно-поступательное движение совершает ползун 3, который перемещается по направляющим станины 4.

Рис. 7

На левом торце ползуна установлен суппорт 2, который может вручную перемещаться в вертикальной плоскости. Резцедержатель крепится на откидной планке 1, которая позволяет резцу отклоняться при обратном холостом ходе, что уменьшает его износ по задней поверхности. На вертикальных направляющих станины установлена траверса 5, по которой в горизонтальной плоскости перемещается стол 6, осуществляя движение подачи. Подача выполняется периодически в конце каждого холостого хода, когда резец выходит из контакта с заготовкой. Стол имеет Т-образные пазы, в которых устанавливаются поворотные тиски или другие устройства для закрепления заготовок. Для большей жесткости стол дополнительно укрепляют стойкой 7, опирающейся на фундаментную плиту 8.

Для продольно-строгальных станков характерно главное возвратно-поступательное прямолинейное движение стола. Как правило, станки имеют несколько суппортов, которые совершают прерывистое поперечное перемещение - подачу. Эти станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей.

В качестве режущего инструмента при строгании применяют строгальные резцы. Чтобы уменьшить заклинивание резца при резании, стержень строгальных резцов рекомендуется делать изогнутым.

На строгальных станках выполняют следующие основные работы (см. рис. 8). Горизонтальные плоскости обрабатывают проходными строгальными резцами 2. Вертикальные плоскости строгают подрезными строгальными резцами 1. Прорезку пазов или отрезку выполняют прорезными (отрезными) резцами 3. Фасонные пазы и поверхности строгают широкими (лопаточными) фасонными резцами 4, либо используя многорезцовую державку, в которой закрепляют сразу несколько строгальных резцов. Скосы и наклонные плоскости обрабатывают широкими резцами 5 или подрезными строгальными резцами с поворотом суппорта на угол наклона плоскости.



Рис. 8

6. Технический контроль

Технический контроль предназначен для определения точности обработки деталей и качества обработанных поверхностей. Под точностью обработки понимают точность выполнения размеров, формы и взаиморасположения поверхностей. Размеры контролируют универсальными измерительными инструментами - штангенциркулями и штангенглубиномерами; и специальными инструментами - скобами, шаблонами и др. Показателем качества обработанной поверхности является шероховатость, т. е. совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности. Широко распространенном методом определения шероховатости обработанной поверхности является метод сличения с эталонами, имеющими заданную шероховатость.

Технический контроль деталей после обработки резанием обычно заключается в их внешнем осмотре и контроле размеров.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с основными сведениями по теме работы.

По заданию преподавателя изготовить деталь на токарном, фрезерном, строгальном станке.

Описать последовательность работ по изготовлению деталей на токарных, фрезерных и строгальных станках.

Примечание: при выполнении пункта 3 использовать учебные технологические карты по обработке заготовок на металлорежущих станках, представленные в лаборатории обработки металлов резанием.

Выполнить одно из заданий для самостоятельной работы (по указанию преподавателя).

Написать отчет по работе.

Содержание отчета

Цель работы.

Основные сведения по теме работы.

Технологический процесс изготовления детали, отдельно для точения, фрезерования и строгания.

Ответ на задание преподавателя для самостоятельной работы.

Вопросы для самоконтроля

Описать процесс обтачивания наружных конических поверхностей широкими токарными резцами и смещением корпуса задней бабки.

Описать процесс обтачивания наружных конических поверхностей поворотом каретки верхнего суппорта.

Описать процесс обтачивания наружных конических поверхностей с помощью конусной линейки.

Описать процесс встречного фрезерования.

Описать процесс попутного фрезерования.

Обосновать рекомендацию использовать изогнутые резцы при строгании.

Описать, как влияет величина переднего угла на процесс резания.

Описать, как влияет величина главного заднего угла на процесс резания.

Описать, как влияет величина главного угла в плане на процесс резания.

Описать, как влияет величина вспомогательного угла в плане на процесс резания.

Рассказать о силах резания.

Описать процессы тепловыделения при резании.

Рассказать о наростообразовании при резании.

Описать процессы упрочнения при резании.

Рассказать об износе и стойкости инструмента.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7. ОБРАБОТКА КОНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Цель работы

1. Знакомство с методами обработки конических поверхностей на токарных станках.

2. Анализ достоинств и недостатков методов.

3. Выбора способа изготовления конической поверхности.

Материалы и оборудование

Токарно-винторезный станок модели ТВ-01.

Необходимый набор гаечных ключей, режущего инструмента, угломеры, штангенциркуль, заготовки изготавливаемых деталей.

Порядок выполнения работы

Прочитайте внимательно основные сведения по теме работы и разберитесь в общих сведениях о конических поверхностях, способах их обработки с учетом основных достоинств и недостатков.

С помощью учебного мастера ознакомьтесь со всеми способами обработки конических поверхностей на токарно-винторезном станке.

Выполните индивидуальное задание преподавателя по выбору способа изготовления конических поверхностей.

Содержание отчета

Название и цель работы.

Схема прямого конуса с указанием основных элементов.

Описание основных методов обработки конических поверхностей с приведением схем.

Индивидуальное задание с приведением расчетов и обоснования выбора того или иного метода обработки.

Основные положения

В технике часто используются детали с наружными и внутренними коническими поверхностями, например, конические шестерни, ролики конических подшипников. Инструменты для обработки отверстий (сверла, зенкеры, развертки) имеют хвостовики со стандартными конусами Морзе; шпиндели станков имеют конусную расточку под хвостовики инструментов или оправок и т. п.

Обработка деталей с конической поверхностью связана с образованием конуса или усеченного конуса.

Круговая коническая поверхность представляет собой совокупность всех последовательных положений прямой линии - образующей конуса, - проходящей через некоторую неподвижную точку и через все точки некоторой окружности - направляющей линии. Неподвижная точка называется вершиной конической поверхности. Конусом называется тело, образованное всеми отрезками, соединяющими вершину с точками направляющей окружности. Конус считается прямым, если прямая линия, соединяющая вершину конуса с центром основания, перпендикулярна плоскости основания. Эта прямая является осью конуса, а образующийся отрезок прямой является высотой конуса. Любая плоскость, перпендикулярная оси конуса, отсекает от него меньший конус. Оставшаяся часть называется усеченным конусом.

Усеченный конус характеризуется следующими элементами (рис. 1):

меньшим d и большим D диаметрами оснований конуса и расстоянием l между плоскостями, в которых расположены окружности с диаметрами D и d;

углом конуса 2a - между двумя образующими, лежащими в одной плоскости, проходящей через ось конуса;

углом уклона конуса a - между осью и образующей конуса;

уклоном У - тангенсом угла уклона У = tg a = (D - d)/(2l), который обозначается десятичной дробью (например: 0,05; 0,02);

конусностью, определяемой по формуле k = (D - d)/l, которая обозначается с использованием знака деления (например, 1:20; 1:50 и т.д.). Конусность численно равна удвоенному уклону.

Перед размерным числом, определяющим уклон, наносят знак , острый угол которого направлен в сторону уклона. Перед числом, характеризующим конусность, наносят знак , острый угол которого должен быть направлен в сторону вершины конуса.

В массовом производстве на станках-автоматах для точения конических поверхностей используются копировальные линейки на один неизменный угол наклона конуса, который может изменяться только при переналадке станка с другой копировальной линейкой.

В единичном и мелкосерийном производстве на станках с ЧПУ точение конических поверхностей с любым углом конуса при вершине осуществляется подбором соотношения скоростей продольной и поперечной подачи. На станках, не оснащенных ЧПУ, обработка конических поверхностей может быть произведена четырьмя способами, перечисленными ниже.

Способы обработки конических поверхностей

Широким резцом



При обработке валов часто встречаются переходы между обрабатываемыми поверхностями, имеющие коническую форму, а на торцах обычно снимают фаску. Если длина конуса не превышает 25 мм, то его обработку можно производить широким резцом (рис. 2).

Угол наклона режущей кромки резца в плане должен соответствовать углу уклона конуса на обрабатываемой детали. Резцу сообщают подачу в поперечном или продольном направлении.

Следует учитывать, что при обработке конуса резцом с режущей кромкой длиной более 10-15 мм могут возникнуть вибрации, уровень которых тем выше, чем больше длина обрабатываемой детали, меньше ее диаметр, меньше угол наклона конуса. В результате вибраций на обрабатываемой поверхности появляются следы, и ухудшается ее качество. Это объясняется ограниченностью жесткости системы: станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД). При обработке широким резцом жестких деталей вибрации могут отсутствовать, но при этом возможно смещение резца под действием радиальной составляющей силы резания, что приводит к нарушению настройки резца на требуемый угол уклона.

Достоинства метода:

Простота настройки.

Независимость угла уклона a от габаритов заготовки.

Возможность обработки как наружных, так и внутренних конических поверхностей.

Недостатки метода:

Ручная подача.

Ограниченность длины образующей конуса длиной режущей кромки резца (10-12 мм). При увеличении длины режущей кромки резца возникают вибрации, приводящие к формированию волнистости поверхности.

2. Поворотом верхних салазок суппорта

Конические поверхности с большими уклонами можно обрабатывать при повороте верхних салазок суппорта с резцедержателем на угол a, равный углу уклона обрабатываемого конуса (рис. 3).

Поворотная плита суппорта вместе с верхними салазками может поворачиваться относительно поперечных салазок, для этого освобождают гайку винтов крепления плиты. Контроль угла поворота с точностью до одного градуса осуществляется по делениям поворотной плиты. Положение суппорта фиксируют зажимными гайками. Подача производится вручную рукояткой перемещения верхних салазок.

Указанным способом обрабатывают конические поверхности, длина которых соизмерима с длиной хода верхних салазок (до 200 мм).

Достоинства метода:

Простота настройки.

Независимость угла уклона a от габаритов заготовки.

Обработка конуса с любым углом уклона.

Возможность обработки как наружных, так и внутренних конических поверхностей.

Недостатки метода:

Ограничение длины образующей конуса.

Ручная подача.

Примечание: Некоторые токарные станки (16К20, 16А30) имеют механизм передачи вращения на винт верхних салазок суппорта. На таком станке независимо от угла поворота можно получить автоматическую подачу верхних салазок.

Смещением корпуса задней бабки станка

Конические поверхности большой длины с a? = 8-10 можно обрабатывать при смещении задней бабки, величина которого определяется следующим образом (рис. 4):

H = L?sin a,

где Н - величина смещения задней бабки;

L - расстояние между опорными поверхностями центровых отверстий.

Из тригонометрии известно, что для малых углов синус практически равен тангенсу угла. Например, для угла 7? синус равен 0,120, а тангенс - 0,123. Способом смещения задней бабки обрабатывают заготовки с малым углом уклона, поэтому можно считать, что sin a = tg a. Тогда

H = L?tg a? = L?(D - d)/2l.

Заготовку устанавливают в центрах. Корпус задней бабки при помощи винта смещают в поперечном направлении так, что заготовка становится «на перекос». При включении подачи каретки суппорта резец, перемещаясь параллельно оси шпинделя, будет обтачивать коническую поверхность.

Величину смещения задней бабки определяют по шкале, нанесенной на торце опорной плиты со стороны маховика, и риске на торце корпуса задней бабки. Цена деления на шкале обычно 1 мм. При отсутствии шкалы на опорной плите величину смещения задней бабки отсчитывают по линейке, приставленной к опорной плите. Положение задней бабки для обработки конической поверхности можно определить по готовой детали. Готовую деталь (или образец) устанавливают в центрах станка и заднюю бабку смещают до тех пор, пока образующая конической поверхности не окажется параллельной направлению продольного перемещения суппорта.

Для обеспечения одинаковой конусности партии деталей, обрабатываемых этим способом, необходимо, чтобы размеры заготовок и их центровых отверстий имели незначительные отклонения. Поскольку смещение центров станка вызывает износ центровых отверстий заготовок, рекомендуется обработать конические поверхности предварительно, затем исправить центровые отверстия и после этого произвести окончательную чистовую обработку. Для уменьшения разбивки центровых отверстий целесообразно использовать шариковые центры. Вращение заготовке передается поводковым патроном и хомутиками.

Достоинства метода:

Возможность автоматической подачи.

Получение заготовок, соизмеримых по длине с габаритами станка.

Недостатки метода:

Невозможность обработки внутренних конических поверхностей.

Невозможность обработки конусов с большим углом (a10?). Допускается смещение задней бабки на ±15мм.

Невозможность использования центровых отверстий в качестве базовых поверхностей.

Зависимость угла a от габаритов заготовки.

4. С помощью копировальной (конусной) линейки

Распространенной является обработка конических поверхностей с применением копировальных устройств (рис. 5).

К станине станка крепится плита 1, с копировальной линейкой 2, по которой перемещается ползун 4, соединенный с поперечной кареткой верхнего суппорта 5 станка тягой 6. Для свободного перемещения суппорта в поперечном направлении необходимо отсоединить винт поперечной подачи. При перемещении продольного суппорта 8 по направляющим станины 7 резец получает два движения: продольное от суппорта и поперечное от копировальной линейки 2. Величина поперечного перемещения зависит от угла поворота копировальной линейки 2. Угол поворота линейки определяют по делениям на плите 1, фиксируют линейку болтами 3. Подачу резца на глубину резания производят рукояткой перемещения верхних салазок суппорта.

Способ обеспечивает высокопроизводительную и точную обработку наружных и внутренних конусов с углом уклона до 20?.

Достоинства метода:

Механическая подача.

Независимость угла уклона конуса a от габаритов заготовки.

Возможность обработки как наружных, так и внутренних поверхностей.

Недостатки метода:

Ограничение длины образующей конуса длиной конусной линейки (на станках средней мощности - до 500 мм).

Ограничение угла уклона шкалой копировальной линейки.

Для обработки конусов с большими углами уклона сочетают смещение задней бабки и наладку по конусной линейке. Для этого линейку поворачивают на максимально допустимый угол поворота a?, а смещение задней бабки рассчитывают как при обточке конуса, у которого угол уклона равен разности между заданным углом--a--и углом поворота линейки a?, т.е.

H = L?tg (a? - a?).

Задания для индивидуальной работы

Спиральное сверло диаметром 58 мм имеет крепежную (хвостовую) часть со стандартным конусом Морзе № 5 (рис. 6), который характеризуется следующими параметрами: d = 38, D = 45, l = 129, 2a = 3?. Определить и выразить в процентах уклон конуса, предложить метод обработки.

Бочка валка трубопракатного прошивного стана (рис. 7) имеет конические элементы с параметрами d = 398, D = 511, l = 320, a = 10?. Определить конусность валка и предложить метод обработки.



Палец шарового шарнира передней подвески легкового автомобиля имеет коническую крепежную часть (рис. 8) у которой d = 16, D = 26, l = 95, a = 3?. Определить и выразить десятичной дробью уклон конуса и предложить способ обработки.

При изготовлении спиральных сверл перед термической обработкой на рабочей части сверла подрезается конус (рис. 9). Определить конусность при вершине сверла, если D = 42, а 2a = 120?, и предложить способ обработки конической поверхности.

Коническая хвостовая часть концевой фрезы диаметром 50 имеет d = 38,5; D = 45; l = 125; 2a = 3? (рис. 10). Определить конусность хвостовика и предложить способ обработки конуса.

Пресс-форма для изготовления из полиэтилена методом литьевого прессования изделия «ведро бытовое» имеет конический элемент с параметрами d = 208, D = 260, l = 270, 2a = 11? (рис. 11). Определить и выразить в процентах уклон конуса, предложить метод обработки.

Пресс-форма для изготовления изделия «тарелка столовая» из полиэтилена включает конический элемент, у которого d = 121, D = 180, l = 35, a = 40? (рис. 12). Определить конусность элемента и предложить способ обработки.

Для получения отверстий в заготовках при свободной ковке используют подкладной инструмент-прошивень (рис. 13). Коническая часть прошивня имеет параметры d = 194, D = 300, l = 300, a = 10?. Определить и выразить десятичной дробью уклон конуса и предложить способ обработки.

Для обработки на токарных станках заготовок значительной длины их закрепляют с использованием центров (рис. 14), которые конической частью l1 закрепляются в отверстии задней бабки. Конус имеет параметры d1 = 25,15; D1 = 31,54 и 2a1 = 3?. Определить конусность и предложить метод обработки указанного элемента.

Длинные заготовки обрабатываются на токарных станках с установкой коническими поверхностями центровых отверстий на конус l2 опорного центра (рис. 14), закрепленного в пиноли задней бабки. Здесь l2 = 26, a = 60?. Определить и выразить в процентах уклон конуса и предложить метод обработки.

Ствол 122х-миллиметровой гаубицы Д-30, стоящей на вооружении Российской армии, представляет собой трубу с нарезным каналом 1 и каморой 2 (рис. 15). Наружная поверхность ствола является конической с параметрами d1 = 236; D1 = 354; l1 = 4270 и a1 = 1?. Определить конусность трубы и предложить способ обработки.

Поверхность каморы 2 гаубицы Д-30 (рис. 15) представляет собой внутреннюю коническую поверхность с параметрами d2 = 236; D2 = 330; l2 = 800 и 2a = 7?. Определить и выразить десятичной дробью уклон каморы и предложить метод обработки.

Короткая коническая оправка для закрепления торцовых и дисковых фрез (рис. 16) имеет конический хвостовик с d = 42,5; D = 70; l = 98 и a = 8?. Определить конусность и предложить способ обработки хвостовика.

Запорным элементом пробкового крана (рис. 17) является коническая пробка П. У крана с Dу = 75 пробка имеет следующие параметры: d = 35, D = 82, l = 112, 2a = 24?. Определить и выразить в процентах уклон конуса и предложить метод обработки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Заготовка конического зубчатого колеса представляет собой усеченный конус с параметрами d = 175, D = 260, l = 65, a = 40? (рис. 18). Определить конусность и предложить способ обработки заготовки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конический ролик упорного подшипника качения (рис. 19) имеет d = 24, D = 37, l = 58, a = 6?. Определить и выразить десятичной дробью уклон конуса и предложить метод обработки ролика.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Заготовка для изготовления конического насадного зенкера (рис. 20) имеет конический элемент с параметрами d = 19, D = 50, l = 10, ? = 60?. Определить конусность элемента и предложить способ обработки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Буровая труба на обоих концах имеет коническую резьбу, что позволяет сократить время свинчивания трубы с муфтой при сборке плетей из многих труб в процессе бурения скважин. Коническая поверхность, подготовленная под нарезание резьбы (рис. 21), на трубе с D = 172 имеет d = 165,5; l = 75, 2a = 5?. Определить и выразить в процентах уклон конуса и предложить метод обработки поверхности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8. НАСТРОЙКА ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА НА НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ

Цель работы

Изучение способов настройки станка и приёмов нарезания резьбы резцом на токарно-винторезном станке (ТВС).

Материалы и оборудование

Цилиндрическая заготовка (низкоуглеродистая сталь марки Ст3), штангенциркуль, резьбовые резцы, резьбомер, токарно-винторезные станки типа 1А62, 1К62, 1616.

Основные положения

Резьбовые соединения в современном машиностроении играют одну из главных ролей для скрепления и фиксации узлов машин и приспособлений. Специальные резьбовые инструменты (лерки, метчики) используются для нарезания стандартных резьб и профилей небольших диаметров. Для нарезания нестандартных резьб и профилей больших размеров используют токарно-винторезные станки.

По шагу резьбы подразделяются на метрические, дюймовые, питчевые и модульные.

Шаг резьбы - это расстояние между соседними гребешками или впадинами одной и той же винтовой линии.

Шаг и основные параметры метрической резьбы измеряются в долях метра. Шаг дюймовой резьбы определяется количеством ниток на дюйм. У питчевой резьбы шаг измеряется в питчах (p''), что соответствует величине p''?р, мм. У модульной резьбы шаг измеряется модулем (m), что соответствует величине m''?р, мм.

По профилю различают следующие типы резьб: треугольные, в том числе метрические, у которых угол при вершине равен 60 (рис. 1, а), и дюймовые, у которых угол при вершине равен 55 (рис. 1, б); прямоугольные (рис. 1, в); трапецеидальные, или упорные (рис. 1, г, д) и круглые (рис. 1, е).

По числу заходов различают однозаходные и многозаходные резьбы, а по направлению захода винтовой линии - левые и правые.

Рис. 1. Различные по профилю типы резьбы

Для нарезания резьбы требуемого шага токарный станок настраивается таким образом, чтобы при повороте шпинделя с заготовкой на один оборот, резец переместился на шаг нарезаемой резьбы.

Рассмотрим кинематическую цепь передачи движения с оси шпинделя до резца (рис. 2). Связь начального и конечного движений кинематической цепи представляет собой баланс кинематической цепи (или, просто баланс). Уравнение баланса кинематической цепи имеет вид:

, (1)

где 1 об. шп. - один оборот шпинделя;

iТР - передаточное отношение трензеля (трензель - механизм изменения направления вращения вала подач, или реверса);

iГ - передаточное отношение гитары сменных шестерён

();

iКП - передаточное отношение коробки подач;

tхв - шаг ходового винта;

tр - шаг резьбы.

Если принять передаточные отношения трензеля и коробки подач равными единице (; ), тогда формула (1) примет вид:

. (2)

Передаточное отношение гитары можно изменить используя набор сменных шестерён. Существуют следующие наборы сменных зубчатых колёс:

“чётный” набор, содержащий зубчатые колёса с числом зубьев, кратным двум: 20, 22, 24, …, 118, 120;

“пятковый” набор, содержащий зубчатые колёса с числом зубьев, кратным пяти: 20, 25, 30, …, 115, 120.

Для нарезания дюймовых резьб в каждом из наборов присутствует дополнительная шестерня со 127 зубьями.

Линейные перемещения суппорта при нарезании резьб осуществляются с помощью ходового винта, потому что винт не даёт проскальзывания и обеспечивает высокую точность перемещения резьбового резца. Хотя на станке присутствует ходовой валик, обеспечивающий такие же продольные перемещения, но цепь передачи движения с помощью ходового валика включает фрикционные муфты, которые не гарантируют точности перемещения резца. Передача движения от ходового винта к суппорту производится с помощью разъёмной маточной гайки, состоящей из двух половин (рис. 2).