Металлообработкой занимаются различные сферы промышленности: от машиностроения, авиационной и космической отрасли до изготовления часовых механизмов и ювелирных изделий. Для работы станков, автомобилей, самолетов, приборов и аппаратов требуются различные элементы – втулки, оси, шпиндели, шкивы. Эти и прочие детали из металла можно получить методом токарной либо фрезерной обработки. Каждая технология имеет свою специфику и сферу, в которой она может применяться.
Токарная обработка – это процесс, предполагающий вращение заготовки, на которую станет воздействовать неподвижно закрепленный резец. Метод позволяет получать детали конической и цилиндрической формы. Основными выполняемыми операциями являются растачивание, точение, обработка торцов, нарезание резьбы. На токарных станках изготавливают такие детали, как втулки, шкивы, муфты, кольца, гайки.
Фрезерная обработка предполагает перемещение болванки относительно вращающегося многолезвийного инструмента (фрезы). Таким методом можно получать изделия со ступенчатыми, плоскими, фасонными поверхностями. К рабочим операциям относятся: фрезерование деталей сложной формы, выполнение канавок, пазов, поверхностей, зубьев, уступов.
В этой статье будут рассмотрены основные способы обработки металла, их применение в производстве сложных деталей из металлических заготовок. Уделим внимание специфике изготовления продукции на станках, критериям качества металлообработки. Разберем возможность дополнительной обработки готовых элементов методом сварки или защитного цинкования.
Этот метод получения геометрически правильных деталей из металла основан на одновременном использовании вращательного и поступательного движения (в горизонтальной плоскости). Зафиксированная в патроне станка деталь будет вращаться вокруг своей оси. На выходе получается изделие с определенной шероховатостью поверхности и установленными габаритами. Токарное оборудование способно выполнять несколько технологических операций:
Токарная обработка характеризуется значительной скоростью вращения патрона, в котором находится заготовка либо режущий инструмент. Резец для изготовления цилиндрических изделий должен иметь надежное крепление и отличаться качественным позиционированием. Чем большее усилие может выдерживать крепежная система токарного станка, тем выше его стоимость.
Режущий инструмент для изготовления деталей из металла подразделяется на несколько видов. Существуют проходные (упорные и отогнутые), резьбовые, фасонные, отрезные резцы. Оснастку подразделяют по следующим критериям:
Упорные резцы предназначаются для обработки цилиндрических или торцевых поверхностей. Прямая и отогнутая оснастка позволяет удалять металлическую стружку снаружи изделия. Расточные резцы могут применяться для единственной операции – рассверливания ранее выполненных отверстий до нужного диаметра. Отрезная оснастка подходит для изготовления канавок в металлических болванках разных размеров и для отрезания.
Если токарный станок применяется для черновых работ, то обточка заготовки выполняется на значительной скорости. В процессе стружка снимается на предельно доступную глубину, при этом качество поверхности – вопрос второстепенный. Диаметр болванки устанавливается с определенными допусками, поэтому позже у специалиста будет возможность устранить все неровности.
Чистовое токарное точение предполагает обеспечение высокого качества поверхности. Работа выполняется на малых оборотах, стружка удаляется тонким слоем. Применяется оснастка прямого, отогнутого или упорного типа.
Фрезерование считается универсальной и востребованной технологией металлообработки. Фрезерный станок с ЧПУ позволяет срезать слой материала с высокой точностью и с практически минимальным риском брака. Обработке могут быть подвергнуты металлы различной плотности, включая чугун, бронзу, сталь, алюминий, медь и даже титан. Допускается горизонтальное, вертикальное или угловое крепление обрабатываемой детали к станине.
Фрезерные станки используют в производстве крупногабаритных изделий, а также элементов сложной формы. Область применения этой методики включает в себя следующие технологические операции:
Широкое распространение получила вертикальная фрезерная обработка. Этот метод предполагает закрепление шпинделя или режущей головки в вертикальной плоскости. Другие части машины будут перемещаться по одной или нескольким осям. Чаще всего вертикальные фрезы используют для операций с потайными формами или обработки крупногабаритных металлических пластин.
Способ фрезеровки болванок в горизонтальной или вертикальной плоскости зависит от поставленной задачи. Попутная обработка предполагает подачу заготовки в том же направлении, в котором движется фреза. Данную технологию можно выбрать, поскольку она имеет следующие преимущества:
Попутная фрезерная металлообработка имеет некоторые ограничения. Прежде всего, необходимо обеспечить отсутствие зазоров. К тому же фрезерная установка должна иметь высокие характеристики жесткости. Методика не применима для проведения черновых работ. При наличии в материале чрезмерно твердых включений лезвия могут затупиться.
Встречная фрезерная обработка предполагает движение инструмента навстречу подаваемого элемента в процессе его изготовления. Эту технологию следует выбрать, если нужно обеспечить такие преимущества, как:
Мягкая и плавная резка позволяет продлить рабочий ресурс оборудования. Тем не менее, встречная фрезерная обработка имеет некоторые недостатки. Необходимо дополнительно зафиксировать обрабатываемый элемент – особенно если речь идет о производстве крупногабаритных деталей. Также стружка проникает в зону резки, а при работе в высокоскоростном режиме происходит ускоренный износ инструмента.
Фрезерные и токарные машины могут использоваться в производстве крупногабаритных элементов или деталей, имеющих небольшой размер. При необходимости их можно подвергать сварке, если есть потребность в получении многосоставной конструкции. Параметры заготовки определяют на стадии проектирования (разработки чертежа). Сварка, выполненная с помощью газового или электродугового аппарата, позволяет получить прочное неразъемное соединение.
Цинкование – это процесс нанесения защитного антикоррозийного покрытия из цинка на поверхность детали, произведенной методом токарной или фрезерной обработки. В результате металл получает защиту от окисления и формирования коррозионных процессов. Детали различного размера могут подвергаться горячему либо гальваническому цинкованию. Перед проведением процедуры поверхность необходимо тщательно подготовить: очистить от загрязнений, обезжирить.
Точность токарной обработки отчасти определяется классом применяемых измерительных инструментов. Токарь использует в работе нутромеры, микрометры, штангенциркули, предельные калибры. С их помощью оцениваются габариты и форма детали, определяется взаимное соотношение разных поверхностей. На качество и производительность влияет глубина резания элемента, характеристики продольной подачи, состояние резца. От этого зависит:
На оперативность обработки влияет материал болванки и тип резца, который может быть черновым (для съема больших слоев металла) или чистовым – для финишной работы. В зависимости от назначения, режущий инструмент делится на фасонный, отрезной, резьбовой, расточный, проходной. Требования по безопасности и обработке металлических деталей определяются ГОСТ 18097-93, 12-3-025-80 и 25762-83.
Качество фрезерования также зависит от нескольких критериев. Имеют значение характеристики фрезерного станка: скорость вращения шпинделя, состояние направляющих и узлов, балансировка фрезы. Учитываются параметры (структура, твердость, однородность) обрабатываемого металла. Точность и скорость операции зависят от условий фрезерования – типа смазки и охлаждения, температурного режима, способа удаления стружки.