Механическая обработка

Механическая обработка металла представляет собой физическое воздействие на металлическую заготовку с целью получения изделия нужной геометрии с желаемым качеством поверхности. Воздействовать на заготовку можно посредством режущего инструмента (сверла, фрезы, резца и т.п.) или с помощью давления либо удара. Именно по этому принципу механическая обработка изделий делится на две основные группы — операции, выполняющиеся без снятия и со снятием металла. В первом случае это прессование, прокат, ковка (для цветных металлов) и штамповка (чаще для черных металлов). Во втором случае это механическая обработка деталей на станках — резание.

Мехобработка металла может быть также черновой, получистовой и чистовой — конкретный тип подбирается в зависимости от габаритов (исходных и заданных), требуемого класса точности и качества обрабатываемой поверхности.

Как правило, механическая обработка в машиностроении состоит из множества операций. Заготовка в процессе превращения в готовое изделие обрабатывается на различных станках, последовательно проходя все этапы, отмеченные в технологической карте, которую предварительно составляют технологи. Их задача — разработать оптимальный с точки зрения производительности и затратности порядок обработки заготовки с учетом ее исходных параметров и на основании чертежа, в котором указаны все размеры, характеристики и класс точности будущего изделия. Эта последовательность операций называется технологическим процессом изготовления детали.

Мехобработка деталей на металлорежущих станках

Как уже было сказано выше, мехобработка металла резанием выполняется на металлорежущих станках, где на заготовку воздействует острый и твердый по сравнению с обрабатываемой деталью инструмент, к которому приложено определенное механическое усилие. Изначально размер заготовки всегда больше размера готовой детали, и величина этой разницы называется «припуск». В ходе механической обработки деталей на станках с поверхности заготовки снимается слой металла заданной толщины либо в ней выбираются отверстия, канавки, желоба с нужными геометрическими параметрами.

Сверление

Сверление используется для получения отверстий круглой формы. Режущим инструментом является прочное сверло, надежно закрепленное в патроне станка. Сверло быстро вращается и подается по направлению к неподвижной жестко фиксированной заготовке, входит в нее, выбрасывая стружку из получающегося отверстия. Операция сверления не обеспечивает высокой точности и относится к черновой либо получистовой обработке. Если она все-таки необходима, то выполняют рассверливание, развертывание, зенкерование и растачивание. Завершив операцию сверления, можно при необходимости нарезать с помощью метчиков и резцов внутреннюю резьбу.

Точение

Точение выполняется на токарных станках, на заготовку здесь воздействует острый прочный резец, оснащенный режущей кромкой. Кромка может иметь самую разную конфигурацию. Мехобработка стали точением применяется для цилиндрических, конических и фасонных поверхностей. Заготовка устанавливается на вращающемся с большой скоростью шпинделе, резец движется возвратно-поступательно в продольном либо поперечном направлении. Скорость движения резца называют скоростью подачи. Её, как и глубину резания, предварительно рассчитывают, учитывая свойства материала заготовки, характеристики резца и возможности станка. При выборе резца учитывают также геометрические параметры заготовки — исходные и требуемые.

Фрезерование

Для фрезерования металла существуют фрезерные станки, которые в зависимости от положения фрезы делятся на горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные и универсально-фрезерные. В отличие от токарной обработки, мехобработка металла методом фрезерования заключается в воздействие на жестко закрепленную заготовку быстро вращающейся многозубчатой фрезой, которая является в данном случае режущим инструментом. Фрезы для фрезерных станков имеют различную форму, каждый тип предназначен для определенного вида обработки — фасонной, периферийной, торцевой и концевой. Механическая обработка деталей из металла на фрезерных станках позволяет изменять форму и размеры заготовки, а также выполнять профили, канавки, подсечки, колодцы, шпонки, фаски.

Шлифование

Механическая обработка металла методом шлифования предназначена для улучшения качества поверхности и удаления тонкого металлического слоя с целью более точной доводки детали в размер, а также в качестве подготовки поверхности для нанесения покрытий. Осуществляется она, как правило, на финальной стадии изготовления изделия, то есть, практически всегда является чистовой. Шлифование производится посредством воздействия на поверхность детали вращающимися абразивными кругами или абразивным материалом, совершающим возвратно-поступательные движения. Так как от трения происходит сильный нагрев заготовки, в процессе шлифования необходимо использование смазки и специальных охлаждающих жидкостей. Если пренебречь поддержанием оптимального температурного режима при мехобработке металла, то из-за его сильного нагрева возможно образование надколов или деформация изделия.

Строгание

Мехобработка изделий методом строгания применяется для снятия верхнего слоя металла и выборки продольных пазов, выемок, каналов, отверстий. Обрабатывать можно плоские и фасонные поверхности. Резец перемещается относительно детали, совершая поступательно-возвратные либо прямолинейные движения, при этом каждый раз снимается продольная полоска металла. Характер движений зависит от технических характеристик оборудования и площади обрабатываемой поверхности. Строгальные станки могут иметь конструкцию, при которой деталь жестко закреплена, а резец ходит вдоль нее (поперечно-строгальные), либо альтернативную, где закреплен резец, а перемещается деталь (продольно-строгальные). Продольно-строгальные станки предназначены для механической обработки деталей и узлов небольшого размера.

Долбление

Механическая обработка металла долблением применяется для создания внутри заготовок цилиндрические поверхности — канавки, шпоночные пазы, шлицевые отверстия, внутренние направляющие. В качестве режущего инструмента используется специальное приспособление с особой заточкой, называемое долбяк, которое способно повысить точность обработки. Метод широко распространен в единичном и на опытном производстве, иногда применяется при изготовлении небольших партий деталей. В частности, позволяет проделать отверстие прямоугольной или квадратной формы, получить в нем шпоночную канавку, создать на внутренней стороне полой заготовки направляющие или более точно обработать многогранники. Деталь при резе долбяком не подвергается лишним нагрузкам и сохраняет свою прочность.

Зенкерование и развертывание отверстий

Зенкерование представляет собой промежуточный процесс обработки отверстий, выполняемый между операциями сверления и развертывания, для придания им максимально правильной геометрической формы и точных размеров. Режущим инструментом для выполнения этой операции является зенкер. При наличии качественного оборудования и грамотно подобранного зенкера такая механическая обработка металла позволяет получить отверстия четвертого-пятого класса точности.

Зенкеры по конструкции бывают цельными, насадными и вставными (со вставными ножами), а по количеству зубьев делятся на трехперые и четырехперые. В отличие от обычного сверла, у зенкера больше режущих кромок, мощнее соединяющая их перемычка и срезанный угол. Инструмент устойчив в процессе работы, обеспечивается его идеальная соосность с обрабатываемым отверстием. Выбор зенкера зависит от диаметра обрабатываемого отверстия: цельные применяют при диаметре менее 12 мм, вставные для отверстий с диаметром более 20 мм. Сборные зенкеры — комбинированные варианты, которые могут иметь до восьми режущих кромок, работать вместе с развертками, сверлами и иными инструментами.

Развертывание отверстий представляет собой ответственный процесс чистовой мехобработки изделий, а именно, доводка отверстий, выполненных в металлических заготовках, до высокого класса точности на токарно-фрезерном или сверлильном оборудовании. В качестве режущего инструмента в данном случае выступает развертка, а сама операция выполняется после сверления и зенкерования.

Развертка снабжена режущими кромками, рав номерно распределенными по окружности параллельно оси тела инструмента. Число кромок варьируется от 4 до 14-ти, форма тела может быть конусообразной или цилиндрической. Существуют развертки для черновой, получистовой и чистовой обработки.

Чтобы получить максимально точные размеры и идеальную геометрию обычно подбирают три инструмента с определенным шагом диаметра и качеством получаемой поверхности. Механическая обработка металла с помощью цилиндрической развертки позволяет получать отверстия с шероховатостью 0,32-1,25 мкм и точностью, соответствующей квалитету 6-9.

Контроль качества при мехобработке металла

На каждом этапе производственного процесса производят контрольные замеры. Сначала это делается на стадии настройки станка перед мехобработкой партии идентичных заготовок, затем выборочно в процессе выхода обработанных деталей. При обнаружении отклонений от заданных параметров проверяются все заготовки, прошедшие обработку. Несоответствующие чертежу изделия выбраковываются. Такой подход позволяет обнаружить появление брака на ранней стадии и не пустить его в дальнейшую обработку.

У готовых изделий, помимо проверки на соответствие размеров, проверяется качество обработки поверхности, где параметры шероховатости должны находиться в пределах, заданных технической документацией. Особое внимание уделяют местам скруглений, сопрягаемым поверхностям, резьбе и т.п. Одновременно детали визуально проверяются на наличие механических повреждений — царапин, трещин, забоин. Дефекты металла могут быть выявлены при визуальном осмотре (пористость, волосовины, засоры) и при дефектоскопии (каверны, внутренние трещины).