Metalo pjovimas: prasmė, istorija ir principai
Perskaitę šį straipsnį, sužinosite apie: - 1. Metalo pjovimo prasmę 2. Metalo pjovimo istorija 3. Pjovimo procesų tipai 4. Veiksniai 5. Metodai 6. Principai 7. Greičiai.
Metalo pjovimo reikšmė:
Metalo pjovimas yra „nepageidaujamos medžiagos pašalinimas iš lustų, iš metalo blokų, naudojant pjovimo įrankį“. Asmuo, kuris specializuojasi apdirbant, vadinamas mašinistu. Kambarys, pastatas ar įmonė, kurioje apdirbama, vadinama mašinų parduotuvė.
Pagrindiniai šio proceso elementai yra:
(i) metalo blokas (darbinis gabalas).
ii) Pjovimo įrankis.
(iii) staklės.
(iv) Pjovimo skystis.
(v) Pjovimo greitis (pirminis judesys).
vi) pašaras (antrinis judėjimas).
vii) lustai.
(viii) Darbo laikymas ir tvirtinimas.
(ix) jėgos ir energijos išsklaidymas;
(x) Paviršiaus apdaila.
Esminės sėkmingo metalo pjovimo sąlygos yra:
a) Santykinis judėjimas tarp darbo ir pjovimo įrankio.
b) Įrankio medžiaga turi būti sunkesnė nei darbo medžiaga.
c) Darbas ir įrankis turi būti tvirtai laikomi stūmiku ir armatūra.
(d) Sharp pjovimo įrankio pjovimo kraštas.
e) Pirminis judesys (pjovimo greitis).
f) Antrinis judėjimas (pjovimo pašaras).
Beveik visi produktai, pagaminti iš metalo šalinimo proceso, tiesiogiai arba netiesiogiai. Pagrindiniai šio proceso trūkumai yra medžiagų praradimas lustų pavidalu.
Metalo pjovimo istorija:
Metalo pjovimo istorija prasidėjo Egipte, kur akmenų skyles gręžimo metu buvo naudojamas sukamasis įtaisas, vadinamas „bowstring“.
Metalo pjovimo istorija pateikta 9.1 lentelėje:
Pjovimo procesų tipai (operacijos):
Apdirbimas yra ne tik vienas procesas; tai procesų grupė. Yra daug įvairių apdirbimo operacijų. Kiekvienas iš jų specializuojasi tam tikros dalies geometrijos ir paviršiaus apdailos kokybės generavimui.
Kai kurie bendresni pjovimo procesai parodyti 9.1 pav.
i) Tekinimas:
Sukimas naudojamas cilindro formos formavimui. Šiame procese darbinis gabalas pasukamas ir pjovimo įrankis pašalina nepageidaujamą medžiagą lustų pavidalu. Pjovimo įrankis turi vieną pjovimo briauną. Greičio judėjimą užtikrina besisukantis darbinis gabalas, o padavimo judesys pasiekiamas pjovimo įrankiu, kuris lėtai juda, lygiagrečiai darbinės dalies sukimosi ašiai.
ii) Gręžimas:
Gręžimui naudojama apvali skylė. Šiame procese pjovimo įrankis pasukamas ir padedamas į laikymo įtaisą, pritvirtintą prie laikymo įtaiso. Pjovimo įrankis paprastai turi du ar daugiau pjovimo briaunų. Įrankis paduodamas kryptimi, lygiagrečiai jos sukimosi ašiai, į darbinę dalį, kad būtų suformuota apvali skylė.
iii) nuobodu:
Gręžimas naudojamas jau išgręžtos skylės padidinimui. Tai puiki apdaila, naudojama galutiniame gaminio gamybos etape.
iv) Frezavimas:
Frezavimas naudojamas medžiagos sluoksnio pašalinimui iš darbo paviršiaus. Jis taip pat naudojamas darbo paviršiaus ertmėms gaminti. Pirmuoju atveju jis žinomas kaip plokščių frezavimas, o antru atveju jis vadinamas galiniu frezavimu. Iš esmės frezavimo procesas naudojamas plokštumoje arba tiesiame paviršiuje. Naudojamas pjovimo įrankis turi keletą pjovimo briaunų. Greičio judėjimą užtikrina besisukantis frezavimo įrankis. Tiekimo judesio kryptis yra statmena įrankio sukimosi ašiai.
v) Išjungimas:
Pjaustymas naudojamas metalo supjaustymui į dvi dalis. Šioje operacijoje gabalas pasukamas ir pjovimo įrankis spinduliuoja į vidų, kad atskirtų komponentus.
Metalo pjovimo procesą įtakojantys veiksniai:
9.2 lentelėje pateikiami įvairūs veiksniai ar parametrai, turintys įtakos pjovimo procesui ir taip paviršiaus apdailai bei detalių geometrijos tikslumui.
Nepriklausomi kintamieji:
Pagrindiniai nepriklausomi kintamieji yra šie:
a) Pjovimo įrankio medžiaga, forma, geometrija, kampai.
(b) darbinė medžiaga, būklė, temperatūra.
c) Pjovimo parametrai, pvz., greitis, pašaras ir pjovimo gylis.
d) Pjovimo skysčiai.
e) staklių specifikacijos.
f) darbo laikymas ir tvirtinimas.
Priklausomi kintamieji:
Priklausomus kintamuosius įtakoja nepriklausomų kintamųjų pokyčiai.
Pagrindiniai priklausomi kintamieji yra:
a) formuojamų lustų tipai.
b) Temperatūros zona darbo įrankio sąsajoje.
c) Įrankių nusidėvėjimas ir gedimai.
d) Paviršiaus apdaila.
e) jėga ir energija pjovimo procese.
Metalo pjovimo metodai:
Yra du pagrindiniai metalo pjovimo metodai, grindžiami pjovimo kraštu ir santykinio judėjimo kryptimi tarp įrankio ir darbo:
i) Ortogoninis pjovimo procesas (dviejų matmenų)
ii) Pasviręs pjovimo procesas (trimatis)
i) Ortogoninis pjovimo procesas:
Ortogonaliame pjovimo procese pjovimo kraštas yra statmenas (90 laipsnių) į pašarų kryptį. Lustas teka įprasta link įrankio pjovimo krašto. Visiškai aštrus įrankis supjaustys metalinį stovo paviršių.
Ortogoninis pjovimo procesas parodytas 9.3 pav. a):
ii) Pasviręs pjovimo procesas:
Įstrižinio pjovimo metu pjovimo briauna yra pakreipta ūminiu kampu (mažiau nei 90 laipsnių) į pašarų kryptį. Lustas teka į šoną ilgą garbaną. Lustas teka kampu su normaliu įrankio pjovimo kraštu.
Kai kurie pagrindiniai abiejų procesų lyginamieji požymiai pateikti 9.3 lentelėje:
Metalo pjovimo principas:
Tipinis metalo pjovimo procesas naudojant vieno taško pjovimo įrankį parodytas 9.2 pav. Šiame procese pleišto formos įrankis juda darbinio gabalo atžvilgiu a kampu. Kai įrankis liečiasi su metalu, jis daro spaudimą. Dėl slėgio, kurį daro įrankio antgalis, metalo šlyties paviršiumi ant šlyties plokštumos AB nulys metalas. Prieš pjovimo įrankį gaminamas lustas deformuojant ir pjaustant medžiagą išilgai pjovimo plokštumos AB.
Šlyties plokštuma iš tikrųjų yra siaura zona ir nuo įrankio pjovimo krašto iki darbinio gabalo paviršiaus. Įrankio pjovimo kraštą sudaro du susikertantys paviršiai.
Toliau pateikiama išsami informacija apie įvairias terminijas:
i) stovo paviršius:
Tai paviršius tarp lusto ir viršutinio pjovimo įrankio paviršiaus. Tai yra paviršius, kuriuo lustas juda aukštyn.
ii) Šoninis paviršius:
Tai paviršius tarp darbinio gabalo ir pjovimo įrankio apačios. Šis paviršius yra skirtas išvengti trinties su apdirbtu paviršiumi.
iii) stovo kampas (α):
Tai kampas tarp stovo paviršiaus ir įprasto iki darbinio gabalo. Stovo kampas gali būti teigiamas arba neigiamas.
iv) Šoninis kampas / išlydžio kampas / atleidimo kampas (γ):
Tai kampas tarp šono paviršiaus ir horizontalaus apdirbto paviršiaus. Tam tikras tarpas tarp šono paviršiaus ir apdirbto paviršiaus paviršiaus yra tam, kad būtų išvengta pjovimo įrankio veikimo paviršiaus.
v) Pirminė deformacijos zona:
Tai zona tarp įrankio galo ir šlyties plokštumos AB.
vi) Antrinė deformacijos zona:
Tai zona tarp įrankio paviršiaus ir lusto.
vii) tretinė deformacijos zona:
Tai zona tarp įrankio šono ir apdirbto paviršiaus.
Beveik visi pjovimo procesai apima tą pačią šlyties deformacijos teoriją. Pjovimo įrankis, naudojamas pjovimo procese, gali būti vieno taško arba daugiataškis pjovimo įrankis. Sukimas, sriegimas ir formavimas, gręžimas, griovimas ir susidūrimas yra kai kurie pjovimo darbai, atliekami vieno taško pjovimo įrankiu. Frezavimas, gręžimas, šlifavimas, šlifavimas ir perpjaustymas yra keletas pjovimo operacijų, atliekamų daugiataškiu pjovimo įrankiu.
Žetonų formavimo mechanika:
Tipinis metalo pjovimo procesas naudojant vieno taško pjovimo įrankį parodytas 9.5 pav. Šiame procese pleišto formos įrankis juda darbinio gabalo atžvilgiu kampu α. Kai įrankis liečiasi su metalu, jis daro spaudimą. Dėl slėgio, kurį daro įrankio antgalis, metalo šlyties paviršiumi ant šlyties plokštumos AB nulys metalas. Prieš pjovimo įrankį gaminamas lustas deformuojant ir pjaustant medžiagą išilgai pjovimo plokštumos AB.
Mikroskopinis tyrimas rodo, kad lustai gaminami pjaunant. Lūžimo procesas lustų formavime yra panašus į kortelių judėjimą denyje, slenkančius viena kitai, kaip parodyta 9.5 pav. Smūgiavimas vyksta pjovimo zonoje (šlyties plokštuma). Šlyties plokštuma yra siaura zona. Jis tęsiasi nuo įrankio pjovimo krašto iki gabalo paviršiaus.
Ši plokštuma yra kampu, vadinamu šlyties kampu (φ), su darbinio gabalo paviršiu. Šlyties zona turi didelę įtaką apdirbto paviršiaus kokybei. Žemiau šlyties plokštumos darbinis gabalas yra žemiau formuojamas, o virš šlyties plokštumos jau sukauptas ir aukštyn į įrankio veidą judantis lustas.
Lusto storio santykis prieš pjaustymą (t o ) iki lusto storio po pjovimo (t c ) yra žinomas kaip lusto storio santykis.
Paprastai tai yra r, kuris gali būti išreikštas kaip:
Ledo storis po pjovimo (t c ) visada yra didesnis už lusto storį prieš pjaustymą (t o ). Todėl r vertė visada yra mažesnė už vienybę. R abipusis yra žinomas kaip lusto suspaudimo santykis arba lusto mažinimo santykis (1 / r). Lusto mažinimo koeficientas yra matas, kaip storis lustas yra lyginamas su pjovimo gyliu (t 0 ). Taigi lusto mažinimo koeficientas visada yra didesnis nei vienybė.
Skaičiavimo kampų skaičiavimas:
Atsižvelgiant į ortogoninį pjovimo procesą, norint gauti išraišką, siekiant apskaičiuoti šlyties kampą, kaip parodyta 9.6 pav. Pjovimo įrankis yra apibrėžiamas pagal sukimo kampą (α) ir tarpą arba reljefo kampą (γ). Lustas yra suformuotas statmenai įrankio pjovimo kraštui.
Toliau pateikiamos kelios prielaidos, susijusios su lustų formavimu:
(i) Įrankis turėtų kreiptis į lustą ant jos grėblio veido.
ii) Apsvarstytos paprastos deformacijos sąlygos. Tai reiškia, kad pjovimo metu nėra lusto srauto.
iii) deformacijos zona yra labai plona ( maždaug 10–2–3–3 mm), šalia AB šlyties plokštumos.
9.6. naudojami šie simboliai:
α - Rake kampas
γ - Atstumo (reljefo) kampas
φ - Šlyties kampas
AB - Šlyties plokštuma
t 0 - Iškirpti lustų storis
t c - Chip storis (deformuotas)
DEFG sritis - nesupjaustyto lusto plotas
HIJK sritis - pjaustymo sritis.
Tai yra reikalingas ryšys, apskaičiuojant šlyties kampą (φ). Šis santykis rodo, kad φ priklauso nuo t 0, t c ir α (rake kampas). Tai reiškia, kad matuojant t 0, t c ir a, įrankio šlyties kampas (φ) gali būti nustatytas naudojant aukščiau nurodytą išraišką.
Lusto storio santykis (r) gali būti nustatomas šiais būdais:
i) Naudojant tęstinumo lygtį
(ii) Sveriant žinomą lusto ilgį.
(iii) Žinant mikroschemos greitį (V c ) ir darbo dalies greitį (V).
i) Naudojant tęstinumo lygtį:
Pradinis lusto svoris prieš pjaustymą = lusto masė po pjaustymo.
(ii) Sveriant žinomą mikroschemos ilgį:
Jei pjūvio ilgis nėra tiesiogiai žinomas, mes galime įvertinti, sverdami žinomą lusto ilgį; tada
apskaičiuoti „r“ ir ɸ iš aukščiau pateiktų lygčių.
(iii) Žinant „Chip“ greitį (V C ) ir „Work Piece Velocity“ (V):
Tęstinumo lygties taikymas kaip:
Įdėjus r ir α vertę, galime gauti šlyties kampą (φ).
Greičiai metalo pjovimo procese:
Dėl santykinio judėjimo tarp įrankio antgalio ir darbinio gabalo ir lusto pašalinami trys greičių tipai.
Tai yra šie:
i) pjovimo greitis arba greitis (V):
Tai pjovimo įrankio greitis, palyginti su darbiniu gabalu.
ii) Šlyties greitis (V s ):
Tai yra lusto greitis, palyginti su darbo dalimi. Kitaip - greitis, kuriuo vyksta kirpimas.
(iii) Chipo greitis (V c ):
Pjovimo metu įrankio paviršiaus greitis (grotelių veidas) yra lenkimo greitis.
9.7 pav. Greičio metalo pjovimo procesas.
9.7 pav. Yra trys greičiai ir jų santykiai:
Tegul V - pjovimo greitis
V s - Šlyties greitis
V c - Chip greitis
φ - Šlyties kampas
α - Rake kampas
r - Chip storio santykis
γ - Atstumo kampas
Naudojant tęstinumo lygtį, metalo pašalinimo apimtis prieš ir po to yra tokia pati, todėl:
Vt = V c t c
V c / V = t / t c = r
9.7 pav. Naudojant sinusinę taisyklę greičio vektoriams galime rašyti:
Iš kinematikos teorijos dviejų kėbulų (įrankių ir lustų) santykinis greitis yra lygus vektoriaus skirtumui tarp jų greičių, palyginti su atskaitos korpusu (darbo dalimi), tada
V = V C + VS
„Chip“ veikiančios jėgos:
Įvairios jėgos, veikiančios mikroschemą stačiakampio metalo pjovimo metu, parodytos 9.8 pav.
i) Šlyties jėga (F s ):
Jis veikia kartu su šlyties plokštuma. Tai atsparumas metalo kirpimui.
ii) Normaliosios jėgos (F n ):
Ji yra statmena šlyties plokštumai, kurią sukelia darbo gabalas.
iii) Normaliosios jėgos (N):
Ją veikia įrankio antgalis ant lusto.
iv) Frakcinės varžos jėga (F):
Jis veikia mikroschemą ir veikia nuo lusto judesio palei įrankį.
9.8 (b) pavaizduota lusto laisva kėbulo schema, kuri yra pusiausvyros, kai susidaro jėgos, lygios ir priešingos dydžio ir krypties atžvilgiu.
Taigi,
Nuo tada lustas yra pusiausvyros sąlygomis, todėl galime tai pasakyti
Apdirbimo būdu pagamintų lustų tipai:
Metalo pjovimo metu pagaminti lustai nėra panašūs. Gaminamos lusto tipas priklauso nuo apdirbamos medžiagos ir pjovimo sąlygų.
Šios sąlygos apima:
a) Naudojamas pjovimo įrankio tipas.
b) pjovimo greitis ir greitis.
c) įrankio geometrija ir pjovimo kampai.
d) Mašinos būklė.
e) buvimas / pjovimo skysčio nebuvimas ir tt
Gaminamų lustų tyrimas yra labai svarbus, nes gaminamų lustų tipas turi įtakos paviršiaus apdailai, įrankio veikimo trukmei, vibracijai, pūkų, jėgos ir galios reikalavimams ir kt.
Svarbu pažymėti, kad lustas turi du paviršius:
a) blizgus paviršius:
Tai paviršius, kuris liečiasi su įrankio rake. Jo blizgus išvaizda atsiranda dėl to, kad lustas suspaustas, kai jis judina įrankio veidą.
b) šiurkštus paviršius:
Tai paviršius, kuris nesiliečia su jokiu kietu kūnu. Tai originalus darbinio paviršiaus paviršius. Jo grubus išvaizda sukelia kirpimo veiksmus, kaip parodyta 9.9 pav.
Iš esmės, yra trys lustų tipai, kurie paprastai pastebimi praktikoje, kaip parodyta 9.9 pav.
Jie aptariami toliau:
i) Nuolatiniai lustai.
ii) Nuolatiniai lustai su įmontuotu kraštu.
iii) Nuolatiniai arba segmentiniai lustai.
i) Nuolatiniai lustai:
Nuolatiniai lustai gaminami apdorojant daugiau kaliojo, pvz., Švelnaus plieno, vario ir aliuminio.
Dėl didelės plastinės deformacijos su daugiau kaliojo medžiagų, gaminami ilgesni nepertraukiami lustai. Jis susijęs su gerais įrankių kampais, teisingais greičiais ir tiekimais bei pjovimo skysčių naudojimu.
Privalumai:
1. Jie paprastai sukuria gerą paviršiaus apdailą.
2. Jie yra labiausiai pageidautini, nes jėgos yra stabilios ir operacija tampa mažiau vibracija.
3. Jie užtikrina didelį pjovimo greitį.
Apribojimai:
1. Nepertraukiamus lustus sunku tvarkyti ir išmesti.
2. Nuolatinis žetonų ritė spiralėje ir užlenkimas aplink įrankį ir darbas, netgi gali sužeisti operatorių, jei staiga atsipalaiduos.
3. Nuolatiniai lustai ilgesnį laiką lieka kontaktuojantys su įrankio veidu, o dėl to daugiau trinties šilumos naudojama pertraukimui į mažas dalis, kad lustai negalėtų susikurti aplink pjovimo įrankį.
Paprasčiausia lustų pertraukiklio forma yra šlifuojama įrankio grioveliu prieš kelis milimetrus už pjovimo krašto. Kartais kaip lūžtuvas naudojamas mažas metalo plokštelės lazdelė su pjovimo įrankiu.
Palankios pjovimo sąlygos:
Palankios pjovimo ištisinių lustų gamybos sąlygos yra tokios:
i. Apdoroti daugiau kaliojo medžiagų, pvz., Vario, aliuminio.
ii. Didelis pjovimo greitis su smulkiu pašaru.
iii. Didesnis gręžimo kampas.
iv. Didesnis pjovimo kraštas.
v. Efektyvus tepalas.
(ii) Nuolatiniai lustai su įmontuotu kraštu:
Nuolatiniai lustai su „Built-Up Edge“ (BUE) gaminami apdorojant kaliojo medžiagas šiomis sąlygomis:
i. Aukšta vietinė temperatūra pjovimo zonoje.
ii. Ekstremalus slėgis pjovimo zonoje.
iii. Didelė trintis įrankių lustų sąsajoje.
Minėtos apdirbimo sąlygos sukelia darbo medžiagos prilipimą prie įrankio pjovimo briaunos ir sudaro „Built-Up Edge“ (BUE). Pastatytas kraštas sukuria lokalizuotą šilumą ir trintį, dėl to prastos paviršiaus apdailos, galios praradimo.
Įrengtas kraštas paprastai pastebimas praktikoje. Pastatytas kraštas keičia jo dydį pjovimo metu. Pirmiausia jis didėja, tada mažėja, tada vėl didėja ir tt Šis ciklas yra vibracijos šaltinis ir prasta paviršiaus apdaila.
Privalumai:
Nors pastatytas kraštas paprastai yra nepageidaujamas, paprastai pageidautina plona, stabili BUE, nes sumažina nusidėvėjimą apsaugant įrankio rake veidą.
Apribojimai:
i. Tai yra mikroschema, kurią reikia vengti.
ii. Šis reiškinys sukelia prastą paviršiaus apdailą ir įrankio pažeidimą.
Palankios pjovimo sąlygos:
Palankios pjovimo sąlygos tęstinių lustų gamybai su įmontuotu kraštu yra tokios:
i. Mažas pjovimo greitis.
ii. Žemas gręžimo kampas.
iii. Aukštas pašarų kiekis.
iv. Netinkamas aušinimo skysčio tiekimas.
v. Aukštesnis įrankio medžiagos ir darbo medžiagos afinitetas (polinkis formuoti ryšį).
BUE sumažinimas arba pašalinimas:
BUE tendenciją galima sumažinti arba panaikinti bet kuria iš šių praktikų:
i. Pjovimo greičio didinimas.
ii. Padidinkite grotelių kampą.
iii. Sumažinus pjovimo gylį.
iv. Naudojant efektyvų pjovimo skystį.
v. Aštrių įrankių naudojimas.
vi. Šviesos pjūviai didesniu greičiu.
(iii) Nuolatiniai arba segmentiniai lustai:
Nenutrūkstami žetonai gaminami apdorojant trapesnes medžiagas, pvz., Pilką ketaus, bronzą, žalvarį ir pan. Šioms medžiagoms trūksta lankstumo, reikalingo pastebimai plastikinių lustų deformacijai. Medžiaga nepavyksta trapiai lūžti prieš įrankio kraštą palei šlyties zoną. Tai lemia nedidelius nepertraukiamo žetonų segmentus. Tokiomis aplinkybėmis tokio tipo lustų nėra.
Privalumai:
i. Kadangi lustai suskaidomi į mažus segmentus, sumažėja trintis tarp įrankio ir lusto, todėl pagerėja paviršiaus apdaila.
ii. Šie lustai yra patogūs rinkti, tvarkyti ir šalinti.
Apribojimai:
i. Dėl pernelyg didelio lusto formavimo pobūdžio pjovimo proceso metu jėgos nuolat kinta.
ii. Dėl skirtingų pjovimo jėgų reikia daugiau pjovimo įrankio, laikiklio ir darbo įtaiso standumo arba standumo.
iii. Todėl, jei nepakanka standumo, staklės gali pradėti vibruoti ir pūsti. Tai savo ruožtu neigiamai veikia komponento paviršiaus apdailą ir tikslumą. Tai gali sugadinti pjovimo įrankį arba sukelti pernelyg didelį susidėvėjimą.
Palankios pjovimo sąlygos:
Palankios pjovimo likučių gamybos sąlygos yra tokios:
i. Trapių medžiagų apdirbimas.
ii. Maži grėblių kampai.
iii. Labai mažas pjovimo greitis.
iv. Mažas staklių standumas.
v. Didesnis gabalų gylis.
vi. Netinkamas tepalas.
vii. Medžiagos, kuriose yra kietų intarpų ir priemaišų.
