49846

Виды механической обработки материалов резанием

Доклад

Производство и промышленные технологии

Характерным признаком его является непрерывность резания. Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит не производя резания. Физические основы процесса резания: деформация при стружкообразовании сила резания и тепловые явления.

Русский

2014-01-10

592.5 KB

23 чел.

  1.  Виды механической обработки материалов резанием.

-Виды обработки резанием

Согласно действующему в нашей стране стандарту (ГОСТ 25761—83) все виды механической обработки металлов и материалов резанием подразделяются на лезвийную и абразивную обработку. К лезвийной обработке относятся все виды обработки резанием, которые осуществляются лезвийным инструментом. Абразивная обработка производится абразивными инструментами.

- Точение

Главным движением при точении является вращательное движение детали. Движение подачи придается режущему инструменту. Прямолинейное движение подачи может быть направлено вдоль или поперек оси вращения изделия, соответственно и подача называется продольной или поперечной.

Точение осуществляется на токарных станках. Характерным признаком его является непрерывность резания.

Методом точения можно выполнять следующие виды работ: обтачивание наружных и растачивание внутренних поверхностей, подрезание торцовой поверхности, фасонное точение фасонным резцом и копировальное точение по копиру.

В качестве режущего инструмента при точении используются резцы, конструкция, размеры и форма которых соответствуют выполняемой операции. Так, например растачивание производится расточными резцами, отрезка прутков или готовых деталей – отрезными и так далее.

     -Фрезерование

Фрезерование является распространенным видом механической обработки. Фрезерованием в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами – фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование – цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту – фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.

Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Другой отличительной особенностью процесса фрезерования является то, что каждый зуб фрезы срезает стружку переменной толщины.

-Шлифование обеспечивает получение высокой чистоты обработанной поверхности и высокой точности размеров обрабатываемых деталей. Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального) материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной формы. Кроме того, они могут использоваться в виде брусков, шкурок, паст и порошков.

2. Физические основы процесса резания: деформация при стружкообразовании, сила резания и тепловые явления.

2.1. Силы резания при механической обработке

При внедрении в материал режущего инструмента на его переднюю и заднюю поверхности действуют нормальные силы N1, N2 и силы тренияF1, F2 (рис.2.). Считая клин абсолютно жестким телом, можно после сложения всех сил получить общую равнодействующую силу R, являющуюся силой сопротивления резанию. Учитывая сложностиопределения нормальных сил и сил трения, для удобства расчета технологических параметров процесса резания силу R раскладывают в трехосной системе координат X-Y-Z на составляющие, которые измеряют динамометром или рассчитывают по эмпирическимформулам. При свободном ортогональном резании таких составляющих две: в направлении вектора скорости резания- Pz и перпендикулярно поверхности резания- Py.

Для практических целей обычно используется не сама равнодействующая сила R, а ее составляющие Рz, Рy, Рx (рис.3). При этом: величина силы Рz определяет крутящий момент резания, по которому определяются: мощность станка, параметры зубчатых колес и валов механизма скоростей станка, параметры зуба и корпуса режущего инструмента; от величины силы Рy зависят: прогиб обрабатываемой детали и ее точность, параметры деталей механизма поперечной подачи; величина силы Рx является исходной для расчета параметров деталей механизма продольной подачи станка. Кроме этого, составляющие силы резания используются при расчетах параметров шпиндельного узла и жесткости станка. Рис.3. Разложение силы резания R на три составляющие.

Три указанные составляющие силы резания взаимно перпендикулярны; поэтому величина и направление равнодействующей силы определяются как диагональ параллелепипеда

Соотношение величин составляющих сил Pz, Py, Px не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режима резания (v, t, s), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания.

2.2. Деформирование и разрушение материалов при резании

Деформации при резании распространяются впереди инструмента: в деталь и в стружку. Размеры деформированной области и характер стружкообразования зависят от свойств обрабатываемого материала и условий резания (рис.4). Если при обтекании клина материалом образуется сплошная стружка без разрывов и больших трещин, то в этом случае она называется сливной стружкой. Такой тип стружки чаще всего образуется при резании вязких, пластичных материалов. В том случае, когда при резании пластичных материалов имеет место интенсивное трещинообразование, происходит полное разделение стружки на элементы, имеющие определенную правильную форму и последовательность образования, такой тип стружки называется элементной стружкой, или стружкой скалывания.

Очень часто при резании пластичных материалов образуются стружки, не имеющие четко выраженных признаков сливных или стружек скалывания. При их образовании не происходит полного разделения на элементы и трещины заканчивают свое развитие в толще деформированного материала, не выходя на его наружную поверхность. Такие стружки называют суставчатыми.

При резании хрупких материалов (чугуна, бронзы, керамических материалов и др.) происходит вырывание отдельных частиц поверхностного слоя заготовки режущей частью инструмента. Так как пластического деформирования практически не происходит, то элементы стружки, образующиеся в процессе хрупкого разрушения, не имеют правильной формы. Обработанная поверхность шероховатая с зазубринами и вырывами. Такой тип стружек носит название стружек надлома.

 

Рис.4. Типы стружек

а) сливная; б) суставчатая; в) скалывания; г) надлома

2.3. Тепловые явления.

При резании почти вся механическая энергия, затрачиваемая на деформирование, разрушение и трение, переходит в тепловую. Исследования процессов теплообразования при резании позволили определить направление и интенсивность тепловых потоков, градиенты температур в контактных областях и характеристики температурного поля в зоне резания, деталью и окружающей средой, а также получить качественное и количественное представление о тепловом балансе при резании различных материалов. Знание этих закономерностей имеет большое значение для рационального конструирования и эксплуатации режущих инструментов, применения эффективных методов смазки и охлаждения, повышения точности и качества поверхности обработанных деталей.

Уравнение теплового баланса можно представить следующим образом(рис.6);

Q1+Q2+Q3=q1+q2+q3+q4 (1)

где Q1 - количество тепла, эквивалентное энергии, затраченной на деформирование и разрушение при стружкообразовании и формировании поверхностного слоя;

Q2 - количество тепла, эквивалентное работе сил трения при контакте передней поверхности клина и деформированного материала;

Q3 - количество тепла, эквивалентное работе сил трения на задней поверхности клина при переходе деформированного материала в поверхностный слой детали;

q1 - количество тепла, уходящее в стружку;

q2 - количество тепла, идущее в деталь;

q3 - количество тепла, переходящего в режущий инструмент;

q4 - количество тепла, передающееся окружающей среде.

Рис.6.Схема распространения тепловых потоков

3.Основные параметры режима резания при точении: глубина, подача, стойкость, скорость и сила резания.

Элементами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания.

Скорость резания. В силу того, что скорость движения подачи Vs пренебрежимо мала по сравнению со скоростью главного движения, за скорость резания принимают скорость главного движения резания V. В случае точения скорость резания измеряется в плоскости вращения детали как окружная скорость обрабатываемой поверхности, наиболее отдаленной от оси вращения, а в случае строгания и долбления - как средняя линейная скорость перемещения резца. Скорость резания обозначается буквой Vn измеряется в метрах в минуту, т.е.

V =ПDn/1000м/мин,

гдеD - диаметр обрабатываемой поверхности в мм, an- число оборотов детали в минуту (при шлифовании скорость резания измеряется в метрах в секунду).

Подача - отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или определенных долей цикла другого движения во время резания.

Подача обозначается буквой s и измеряется при обточке и расточке в миллиметрах за один оборот детали, а при строгании и долблении - в миллиметрах за один рабочий ход резца.

Глубина резания - размер слоя металла, удаляемого с обрабатываемой поверхности за один проход инструмента, измеренный по нормали к направлению движения подачи. Приведенная формулировка глубины резания является общей. Она справедлива не только для продольного точения, но и для любого метода обработки металлов резанием. Глубина резания обозначается буквой t и измеряется в миллиметрах. При продольном точении глубина резания измеряется в осевой плоскости детали и равна

t=(D-d)/2 мм,

где D - диаметр обрабатываемой, a d - диаметр обработанной поверхности в мм.

Величина подачи s и глубины резания t определяет размеры поперечного сечения слоя металла, срезаемого резцом с поверхности заготовки за один оборот детали при точении или за один рабочий ход резца при строгании и долблении.

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА РЕЗЕЦ И ЗАГОТОВКУ

Система сил, действующих при точении, может быть приведена к одной равнодействующей силе Р (рис.7.7), называемой силой резания. Точка приложения этой силы находится на рабочей (активной) части главной режущей кромки резца. Для практических целей обычно нужна не сама равнодействующая сила Р, а ее составляющие, действующие в заданных, представляющих интерес для практики, направлениях. Такими составляющими являются:

1) сила Pz - касательная составляющая, действующая в плоскости резания в направлении главного движения и определяющая нагрузку на станок и резец; величина Р2 определяет крутящий момент Мкр, по которому ведется расчет зубчатых колес и валов коробки скоростей станка;

  1.  сила Ру - радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно к оси заготовки; эта составляющая определяет силу отжима резца от заготовки и прогиб заготовки, обусловливающий точность изготовления детали; сила Ру необходима для расчета станины и суппорта станка;
  2.  сила Рх - осевая составляющая, действующая вдоль оси заготовки параллельно направлению движения подачи; эта сила Рх определяет нагрузку механизма подачи станка, ее значение является исходным для расчета звеньев механизма подачи станка. Три указанные составляющие силы взаимно перпендикулярны; поэтому величина и направление равнодействующей силы Р определяются как диагональ параллелепипеда (рис. 7.7):

Соотношение величин составляющих сил Pz ,Ру и Рх не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режима резания (V, t, s), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий

резания.

Основой закон стойкости

Немонотонная зависимость T- наблюдается при изменении скорости резания в широком диапазоне. Однако, если учесть, что каждый инструментальный материал предназначен для работы в определенном диапазоне скоростей резания, свойственных этому материалу, то можно эту зависимость для ограниченного диапазона скоростей считать и представить монотонной.

Действительно, на скоростях, свойственных резанию быстрорежущим инструментом, твердый сплав не используется, из-за низкой эффективности, а на скоростях порядка сотен метров, свойственных резанию твердосплавным инструментом, быстрорежущие инструменты не применяются из-за недостаточной температуры красностойкости быстрорежущих сталей. На таких скоростях быстрорежущие инструменты работать не могут.

Таким образом, в ограниченном диапазоне скоростей резания зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания является монотонной, графически выражающейся прямой линией в логарифмических координатах.

Рис.10.1. Зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания.

Такая зависимость представлена на рис.10.1. Здесь видно, что при приятых значениях скорости резания v1, v2, v3 соответствующие им значения стойкости режущего инструмента будут Т1, Т2, Т3. Эта зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания может быть представлена выражением

откуда  или

где: v – скорость резания (м/мин), соответствующая стойкости режущего инструмента Т;

Т – стойкость режущего инструмента, мин;

С – константа, зависящая от свойств обрабатываемого материала;

     m – показатель относительной стойкости.

4.Критерии оптимизации режима резания при точении. Выбор инструментального материала для резцов.

Решение задачи оптимизации режимов резания во многом определяется типом металлорежущего станка: одношпиндельныи или многошпиндельный и количеством режущих инструментов, установленных на его суппортах. Основной целью оптимизации является установление таких числовых значений элементов режима резания (глубины резания, подачи и скорости), которые позволяют наиболее производительно с наименьшими затратами, осуществлять механическую обработку детали и надежно обеспечить заданное качество обработки.

Аналитический расчет выполняется в следующей последовательности:

1.Определить глубину резания-t:

t = (D-d)/2, мм,

При черновой обработке необходимо стремиться работать с максимально возможной в данных условиях глубиной резания, равной всему припуску или большей части его; при чистовой (окончательной) обработке - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности. Шероховатость поверхности при черновом и получерновом точении находится в пределах Ra = 40 ... 10 мкм, получистовом и чистовом точении Ra = 3,2 - 1,6 мкм. Глубина резания при чистовой (получистовой) обработке назначается в пределах 0,5 - 2,0 мм.

2. Выбрать материал и геометрические параметры режущего клина резца.

Материал режущей пластины назначают с учетом физико-механических свойств материала детали и вида обработки. При назначении материала режущей части резца следует широко использовать твердые сплавы. Применение естественных и синтетических алмазов или искусственных сверхтвердых материалов должно быть обосновано. Форма пластинки определяется видом и разновидностью токарного резца. Размеры пластинки должны соответствовать стандартным параметрам. Форма передней поверхности должна обеспечить дробление стружки на витки длиной 40-100 мм.

Геометрические параметры режущего клина назначаются в соответствии с общепринятыми рекомендациями: передние углы γ и γ1, задние углы а и а1; углы в плане φ и φ1 , а также угол наклона режущей кромки λ; радиус сопряжения режущих кромок г и радиус на вершине резца ρ.

3. Оптимизировать подачу - S.

При черновой (получерновой) обработке назначают возможно большие подачи, допускаемые прочностью державки резца, пластинки твердого сплава, механизма подачи и кинематическими возможностями станка.

При чистовой (получистовой) обработке выбор и назначение подачи необходимо согласовать с точностью и шероховатостью обработанной поверхности.

Рекомендуемые подачи в зависимости от шероховатости поверхности, радиуса сопряжения режущих кромок r и вспомогательного угла в плане φ1 приводятся в таблицах.

При черновом точении подача выбирается в зависимости от:

  1.  Шероховатости обработанной поверхности S1.
  2.  Допустимой прочности пластины твердого сплава S2 

   3)Жесткости крепления детали S3.

  1.  Жесткости державки резца S4.
  2.  Прочности державки резца S5
  3.  Прочности механизма подачи S6.

Значение подачи S1 выбирают согласно общепринятым рекомендациям.

Подача S2, допустимая прочностью пластины твердого сплава, также выбирается по справочной литературе в зависимости от толщины пластины С и главного угла в плане φ.

4. Рассчитать скорость резания Vp.

Скорость резания рассчитывается по формуле:

где Сv - ноэффнщгент. зависящий от физико-механических свойств и структуры обрабатываемого материала и материала режущей части резца; т - показатель относительной стойкости; xv,yv- степенные показатели при переменных t, S (выбирают по справочной литературе): Kv- общий поправочный коэффициент на скорость резания. \^итывающий изменение условий обработки по сравнению с нормативными < выбирают по справочной литературе); T- принятая стойкость инструмента.

5. Рассчитать частоту вращения шпинделя станка и уточнить скорость резания.

По рассчитанной скорости резания Vp определяют частоту вращения шпинделя станка np:

Полученное значение np корректируют по паспорту станка (n): принимают частоту вращения шпинделя, имеющуюся на станке ближайшую меньшую или большую, если она не превышает 5% от полученной по расчету.

По выбранной частоте вращения шпинделя определяют действительную скорость резания V:

6. Скорректировать подачу в зависимости от допускаемой мощности станка - SCT.

Подача в зависимости от допускаемой мощности станка определяется

по формуле

где Nдв- мощность электродвигателя станка, кВт; h - КПД станка (h = 0,7+0,9).

Значение SCT рассчитывается для принятой частоты вращения шпинделя п и сравнивается с S0, из двух подач выбирается минимальная

7. Скорректировать подачу в зависимости от допустимых режущих свойств инструмента -sp.

Подачу, допустимую режущими свойствами инструмента для заданного периода стойкости Т, определяют по формуле:

Величина sp определяется для принятой частоты вращения шпинделя - n и сравнивается с предыдущей, опять принимается меньше значение.

8. Проверить выбранный режим резания по мощности станка.

При резании необходимо выполнить условие:

где NCT- мощность на шпинделе станка; Npe3- мощность резания

Выбор инструментального материала. Режущая часть токарных проходных резцов в большинстве случаев выполняется из металлокерамических твердых сплавов. Выбор группы твердого сплава определяется родом и механическими свойствами обрабатываемого материала. Обработка чугунов по сравнению с обработкой сталей характеризуется меньшими температурами резания. Поэтому при обработке чугунов используют менее теплостойкие, но более дешевые сплавы группы ВК. Предпочтение этой группе в этом случае отдается и вследствие их повышенной прочности, вязкости, что чрезвычайно важно при обработке чугунов, когда образуется элементная стружка надлома и ударная пульсирующая нагрузка концентрируется на малой площадке контакта стружка-инструмент в непосредственной близости от режущей кромки - наиболее уязвимого места лезвия резца.

При резании конструкционных углеродистых и легированных сталей, когда температура резания высока, для обеспечения более высокой производительности обработки целесообразнее использовать более теплостойкие, более твердые и износостойкие сплавы группы ТК, которые, кроме того, имеют меньший коэффициент трения и меньшую слипаемость со стальной стружкой, что при сливном стружкообразовании способствует менее интенсивному износу режущего инструмента.

При выборе марки твердого сплава в пределах каждой группы необходимо руководствоваться следующим основным правилом: чем тяжелее условия работы инструмента в силовом отношении, тем больше кобальта должен содержат твердый сплав. Свойства твердых сплавов определяются не только их составом, но и размером зерен карбида вольфрама. Уменьшение размеров зерен несколько снижает прочность, но повышает твердость и износостойкость сплава.

В табл. 12.4 приведены рекомендации по выбору марок твердых сплавов при обтачивании заготовок из стали и чугуна.

Таблица 12.4. Рекомендации по выбору марок твердого става

Условия обработки

Марка твердого сплава при обтачивании

стали

чугуна

Черновое точение с большими сечениями среза, точение по литейной или штамповочной корке, точение с ударами

Т5К12В Т5К10

ВК8

ВК8В

Непрерывное черновое точение со средними сечениями среза, получистовое точение

Т14К8

Т15К6

ВК6

ВК6М

Чистовое точение с малыми сечениями среза при высоких скоростях резания

Т30К4

ВКЗМ

ВК4

5.Сверление. Основные кинематические и силовые зависимости сверления. Последовательность назначения режима сверления.

В этой теме рассматривается обработка отверстий сверлами, зенкерами и развертками, т.е. сверление, зенкерование и развертывание. Эти виды обработки отверстий применяются в зависимости от требуемой точности размера отверстия и качества обработанной поверхности.

Во всех случаях главным движением является вращательное движение инструмента, а движением подачи – поступательное перемещение его вдоль оси вращения.

Сверлами обычно обрабатываются отверстия в сплошном материале, когда требуется получить отверстия невысокой точности. Более точные отверстия после сверления обрабатываются зенкерами и развертками. В этом случае точность отверстий обеспечивается лучшим центрированием инструмента (благодаря наличию большего числа режущих лезвий), повышенной жесткостью инструмента и более легкими условиями работы каждого лезвия.

Сопоставление условий работы инструментов при сверлении, зенкеровании и развертывании может быть представлено таблицей.

Сравнение условия работы осевых инструментов.

При сверлении в сплошном материале глубина резания t равна половине диаметра сверла, а при рассверливании – половине разности диаметров до и после сверления.

      

Подачей при сверлении (зенкеровании и развертывании) является величина осевого перемещения инструмента за время одного его оборота. Поскольку резание одновременно вед¨тся двумя режущими лезвиями, то каждое из них работает с подачей Sz, равной половине осевого перемещения сверла за время его одного оборота.

Скорость резания при сверлении равна окружной скорости периферийных точек режущих кромок сверла.

В отличие от других процессов резания имеет свои особенности. Они заключаются в том, что резание ведется инструментом, передний угол которого различен в разных точках режущего лезвия. Скорость резания здесь также не постоянна и меняется от 0 в центре сверла до какого-то максимального значения на периферии сверла. В центре отверстия, под перемычкой сверла, резание как таковое отсутствует, производится смятие и выдавливание обрабатываемого материала к периферии под режущие кромки. Особенностью геометрии сверла является наличие пятой поперечной режущей кромки. Ленточка сверла не имеет вспомогательного заднего угла, что вызывает повышенно трение с обработанной поверхностью. Особенностью процесса является также и то, что сверло, окруженное обрабатываемым материалом, работает в стесн¨нных условиях. Это затрудняет отвод стружки и циркуляцию внешней среды, что приводит к худшим условиям охлаждения.

При зенкеровании и развертывании элементы режима резания определяются так же, как при рассверливании. Каждый зуб зенкера или развертки работает с подачей, равной доле осевой подачи. Поскольку зенкеры и развертки имеют главные углы в плане меньше, чем у сверла, толщина среза меньше, чем при сверлении.

            

При расчете режима резания глубина резания назначается в указанных выше пределах. Подача выбирается по справочным таблицам с уч¨том глубины сверления, характера последующей обработки, жесткости системы СПИД и свойств инструментального материала. Скорость резания рассчитывается при сверлении:

при зенкеровании, рассверливании и развертывании:

      

Крутящий момент рассчитывается как произведение силы резания Pz половины размера диаметра инструмента:

а эффективная мощность резания, определяется по формуле:

Основное технологическое времярассчитываются с учетом врезания и перебега:

       

 

Для сверления: L = lo + 0,3D;

для зенкерования:    ;    l2 = 1 – 4, мм.

для развертывания: ;     l2 = 0,5Lk;

где Lk – длина калибрующей части развертки, lo – длина обрабатываемого отверстия, D – диаметр сверла.

6. Фрезерование. Кинематика процесса фрезерования и особенности этого вида обработки. Последовательность назначения режима фрезерования.

Фрезерование является распространенным видом механической обработки. Фрезерованием в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами – фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование – цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту – фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.

Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Другой отличительной особенностью процесса фрезерования является то, что каждый зуб фрезы срезает стружку переменной толщины.

Фрезерование может производиться двумя способами: против подачи и

по подаче (рис.15.1.). Первое фрезерование называется встречным, а второе – попутным. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки.

Встречное фрезерование является основным. Попутное фрезерование целесообразно вести лишь при обработке заготовок без корки и при обработке материалов, склонных к сильному обработочному упрочнению, так как при фрезеровании против подачи зуб фрезы, врезаясь в материал, довольно значительный путь проходит по сильно наклепанному слою. Износ фрез в этом случае протекает излишне интенсивно.

При работе торцовыми или концевыми фрезами различают симметричное и несимметричное резание. При симметричном резании ось фрезы совпадает с плоскостью симметрии обрабатываемой поверхности, а при несимметричном – не совпадает.

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования.

Глубиной резания t является толщина слоя металла, срезаемого за один проход. При цилиндрическом фрезеровании она соответствует длине дуги контакта фрезы с обрабатываемым изделием и измеряется в направлении, перпендикулярном оси вращения фрезы, при торцовом – в параллельном.

Под шириной фрезерования В следует понимать ширину обрабатываемой поверхности, измеренную в направлении, параллельном оси вращения цилиндрической или концевой фрезы, а при фрезеровании торцовой фрезой – в перпендикулярном.

Скоростью резания v является окружная скорость режущих лезвий фрезы

об/мин,

где: D – диаметр фрезы, мм;    n – частота вращения фрезы, об/мин.

Подачей называется перемещение обрабатываемой заготовки относительно фрезы. При фрезеровании различают три вида подач:

подача на зуб (sz, мм/зуб) – величина перемещения заготовки за время поворота фрезы на один зуб;

подача на оборот фрезы (s0, мм/об) – величина перемещения заготовки за время одного оборота фрезы;

подача в минуту (или минутная подача, sм, мм/мин) – величина перемещения заготовки в минуту

Эти подачи связаны между собой зависимостью:

где: z – число зубьев фрезы, n – частота вращения, об/мин.

Плавность работы фрезы зависит от глубины резания, диаметра фрезы и числа зубьев. Она определяется величиной угла контакта фрезы с обрабатываемой заготовкой. Углом контакта   называется центральный угол, соответствующий длине дуги соприкосновения фрезы с обрабатываемой заготовкой–деталью

При расчете режима резания глубина резания t назначается максимально возможной по условиям жесткости технологической системы, ширина фрезерования В определяется размерами обрабатываемой поверхности. Подача на зуб sz выбирается по таблицам справочников в зависимости от вида и размеров применяемого инструмента, мощности станка и свойств обрабатываемого материала.

Скорость резания v рассчитывается с учетом величины выбранных элементов режима резания по формуле:

 , м/мин,

где: Сv – константа, зависящая от свойств обрабатываемого материла;

D – диаметр фрезы, мм;

Т – стойкость фрезы, которая назначается в пределах от 60 до 400 минут в зависимости от вида и размера фрез, мин;

z – число зубьев фрезы;

Sz – подача на зуб, мм/зуб.

После расчета режима резания определяется главная составляющая силы резания PZ, крутящий момент Mкр и потребляемая на резание мощность N:

               

7. Виды поверхностей обрабатываемых протягиванием. Особенность кинематики протягивания. Чем объясняеться высокая производительность этого метода обработки.

Протягивание применяется как окончательный вид обработки деталей, обеспечивающий высокую точность размеров и качество обработанных поверхностей. Метод высоко производительный, поскольку полная обработка изделия производится за один проход инструмента. Инструментами служат протяжки и прошивки. Протяжки протягиваются через обрабатываемое изделие, а прошивки продавливаются (прошиваются) через него.

Главным движением является движение протяжки, а скорость его — скоростью резания. Движение подачи отсутствует. Срезание припуска обеспечивается увеличением размера (подъемом) зубьев: каждый последующий зуб выше предыдущего на величину подачи sZ. Глубиной резания при протягивании является ширина обрабатываемой поверхности или периметр обрабатываемого отверстия.

Рис. 16.1. Схема срезания припуска при протягивании.

Срезание припуска производится последовательно (послойно) режущими зубьями протяжки (рис.16.1). Из этого рисунка видно, что первый зуб не срезает припуск, так как его размер меньше размера отверстия протягивания. Второй зуб срезает слой припуска, расположенный против этого второго зуба и обозначенный цифрой 2. Третий зуб срежет слой 3 так далее. Последние зубья протяжки имеют одинаковый размер и потому срезания припуска не производят, а лишь зачищают поверхность и калибруют ее. Эти зубья называются калибрующими.

Рис. 16.2. Профиль: а) режущих и б) калибрующих зубьев протяжки.

В отличие от режущих зубьев, калибрующие зубья имеют на задней поверхности фаску f. Величина переднего угла назначается в зависимости от свойств обрабатываемого материала в пределах 10—15 градусов. Задний угол режущих зубьев делается 3-4 градуса, а калибрующих 1 градус. Размеры зубьев протяжки зависят от длины протягиваемого отверстия.

Число режущих зубьев определяется как частные от деления величины припуска на подъ¨м зуба SZ. Так при протягивании круглого отверстия припуск на сторону «А» равен половине разности диаметров до и после протягивания:

     

Число режущих зубьев Zр будет:     

 

где: А – припуск на сторону, мм;

SZ – подача на зуб (подъ¨м зуба), мм/зуб.

В этой расч¨тной формуле добавлена единица, так как первый режущий зуб срезания припуска не производит, его размер сделан равным размеру отверстия под протягивание, он сделан на случай отклонения размера этого отверстия.

В процессе резания вся образующаяся стружка размещается во впадинах между зубьями и никуда не отводится. Поэтому производится проверка протяжки на заполнение впадины. Активная площадь продольного сечения впадины Fакт равна площади вписанного в нее круга и должна быть больше площади продольного сечения стружки Fстр. в 2,5-4,5 раза.

Последовательность срезания припуска определяется конструкцией протяжки и схемой резания. Различают три схемы резания: профильную, генераторную и прогрессивную.

Профильная схема резания предусматривает последовательное срезание припуска зубьями, профиль которых подобен профилю обрабатываемой поверхности.

Генераторная схема характеризуется тем, что каждый зуб не повторяет, а формирует (генерирует) профиль обрабатываемой поверхности.

Расчет режима резания производится обычным порядком, но глубина резания не выбирается и не назначается, так как она определяется размерами и формой обрабатываемой поверхности. Подача выбирается в таблицах справочников в зависимости от свойств обрабатываемого материала в пределах от 0,01 до 0,3 мм. Скорость резания выбирается в справочной литературе или рассчитывается по формуле:

Стойкость протяжек назначается в пределах 100-500 мин. Обычно скорость при протягивании быстрорежущими протяжками находится в пределах от 2 до 10 м/мин., твердосплавные протяжки могут работать со скоростью резания до 20 м/мин.

Сила резания при протягивании рассчитывается по величине длины одновременно работающих режущих кромок зубьев протяжки

где: P – сила резания, приходящаяся на 1мм. длины режущего лезвия зуба протяжки;

B – общая длина режущих кромок;

р – периметр обрабатываемой поверхности;

Zo.p. – число одновременно работающих зубьев.

После определения силы резания производится выбор станка и проверка принятой скорости резания по мощности двигателя станка.

8. Виды шлифования наружных цилиндрических поверхностей. Абразивные материалы. Основные кинематические зависимости режима резания.

Особенности процесса резания при шлифовании

Шлифование обеспечивает получение высокой чистоты обработанной поверхности и высокой точности размеров обрабатываемых деталей. Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального) материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной формы. Кроме того, они могут использоваться в виде брусков, шкурок, паст и порошков.

Абразивные инструменты и их маркировка

Все абразивные инструменты имеют свою маркировку. В маркировке абразивного инструмента указывается природа абразивного материала, размер его зерен (зернистость) и зерновой состав (содержание основной фракции), твердость инструмента, природа и свойства связки, класс точности и класс неуравновешенности круга.

Так, например, маркировка абразивного круга может быть:

где

25А – шлифовальный материал-электрокорунд белый,

16 — зернистость (160-200 мкм.),

П — зерновой состав (содержание основной фракции 55%),

СМ2 – твердость круга,

8 — номер структуры,

К8 — связка керамическая,

Б — класс точности,

3 — класс неуравновешенности круга.

Кроме этого на абразивном круге указывается обозначение его формы, размеры и максимальная окружная скорость (скорость резания) в метрах в секунду.

В качестве шлифовальных материалов применяются:

-на основе кристаллической окиси алюминия Al2O3- нормальный электрокорунд (марки 13А, 14А и 15А), электрокорунд белый (23А, 24А,25А), хромистый электрокорунд (33А и 34А), монокорунд (43А, 44А);

-на основе карбида кремния SiC- карбид кремния черный (53С, 54С, 55С) и карбид кремния зеленый (63С, 64С);

-природный алмаз (А1, А2, А3, А5, А8);

-синтетический алмаз (АС2, АС4, АС6, АС15, АС20).

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на четыре группы: шлифзерно (2000-160 мкм), шлифпорошки (125-40 мкм), микрошлифпорошки (63-14 мкм) и тонкие микропорошки (10-3 мкм). В номере зернистости размер зерен основной фракции указывается в сотых долях миллиметра.

Сдержание основной фракции обозначается буквенными индексами: В (высокое), П (пониженное), Н (низкое) и Д (допустимое).

Твердость абразивного инструмента зависит от прочности связки и характеризует способность связки удерживать зерна шлифовального материала. Установлены семь степеней твердости инструментов: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3), твердые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ).

Номер структуры круга показывает объемное содержание шлифовального материала. С увеличением номера от 1 до 16 содержание шлифовального материала уменьшается, а объем пор увеличивается.

Связки абразивных инструментов могут быть: керамические (К1-К10), бакелитовые (Б, Б1-Б4), вулканитовые (В, В1-В5), металлические (М1, МК, МВ1), глифталевые (Г) и другие.

Шлифовальные круги изготавливаются трех классов точности (АА, А и Б) и четырех классов неуравновешенности (1, 2, 3 и 4).

При шлифовании вращательное главное движение резания всегда придается режущему инструменту — шлифовальному кругу. Скорость его является скоростью резания, измеряемой, в отличие от всех других видов обработки резанием, в метрах в секунду. По форме обрабатываемой поверхности шлифование может быть плоским или круглым.

Плоское и круглое шлифование

При плоском шлифовании периферией круга обрабатываемой заготовке придаются движения продольной подачи Sпр со скоростью vu и поперечной подачи sn. После прохода по всей обрабатываемой поверхности шлифовальному кругу дается движение вертикальной подачи sв, в результате которого он перемещается на величину глубины резания t.

Глубина резания назначается в пределах 0,005-0,015 мм при чистовых проходах и 0,015-0,15 при черновых проходах. Поперечная подача зависит от ширины круга и назначается на чистовых проходах 0,2-0,3, а на черновых 0,4-0,7 его ширины.

Скорость продольной подачи заготовки назначается в пределах от 3 до 30 м/мин. Скорость резания не рассчитывается и не регулируется.

Круглое шлифование может осуществляться методами продольной подачи, глубинным, врезания и бесцентрового шлифования.

Кроме жесткого шлифования твердыми кругами в практике машиностроения в последнее время находит все расширяющееся применение мягкое шлифование абразивными лентами, лепестковыми кругами и в среде свободного абразива.

9.Смазочно-охлаждающие технологические среды: назначение, требование, состав, методы очистки и способы подачи.

Общие требования к технологическим средам. Применение при обработке резанием смазочно-охлаждающих технологических сред (СOTC) повышает период стойкости режущего инструмента, уменьшает силы резания, улучшает качество обработанной поверхности детали, а следовательно, и ее эксплуатационные характеристики. Применение технологических сред - одно из основных направлений интенсификации процесса механической обработки различных материалов.

Все виды СОТС, несмотря на конкретные области их применения, должны удовлетворять следующим требованиям:

1)не снижать эксплуатационные характеристики деталей, изготовленных при их применении,

прежде всего коррозионную стойкость и прочность;

2) быть устойчивыми при эксплуатации и хранении;

  1.  не воспламеняться при температурах, сопровождающих процесс резания;
  2.  не оказывать аллергического, дерматического или иного вредного воздействия на организм человека;
  3.  не выделять в процессе эксплуатации пену, дым, клейкие вещества, не смешиваться с машинными маслами;
  4.  не оказывать окрашивающего или коррозионного действия на узлы и механизмы станка.

Функциональные свойства технологических сред. Большинство операций механической обработки осуществляется с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). При резании СОЖ должны оказывать смазочное, охлаждающее и моющее действие. Под смазочным действием понимают способность СОЖ образовывать на контактных поверхностях инструмента, на стружке и детали прочные пленки, полностью или частично предотвращающие соприкосновение передней поверхности со стружкой и задних поверхностей с поверхностью резания.

Охлаждающее дейстте СОЖ заключается в основном в отборе тепла от нагретых контактных поверхностей инструмента и поверхностей обрабатываемой детали за счет конвективного теплообмена. Способность СОЖ уносить с собой тепло, соприкасаясь с нагретыми поверхностями, зависит от ее теплофизических свойств: чем ниже кинематическая вязкость, выше теплопроводность и объемная теплоемкость СОЖ, тем лучше жидкость отбирает тепло. Теплообмен между нагретыми поверхностями и СОЖ -зависит также от условий испарения жидкости. Если над нагретой поверхностью образуется непрерывная паровая пленка испаряющейся СОЖ, то теплообмен затрудняется. Быстрое и без затруднений происходящее парообразование определяется способностью СОЖ смачивать металлические поверхности. Чем лучше смачивающая способность СОЖ, тем легче протекает процесс парообразования и улучшаются условия теплообмена. Теплообмен между нагретыми поверхностями инструмента, стружки, детали и СОЖ происходит тем интенсивнее, чем холоднее СОЖ и выше скорость ее относительного движения. Охлаждающее действие СОЖ проявляется в снижении температуры резания и температуры нагрева инструмента и детали.

Под моющим действием СОЖ понимают способность жидкостей удалять продукты изнашивания с поверхности резания и контактных поверхностей инструмента. Моющая способность СОЖ улучшается со снижением поверхностного натяжения жидкости. При малом поверхностном натяжении молекулы жидкости обволакивают мелкие частицы стружки и продукты изнашивания инструмента, предотвращая их слипание. Моющее действие СОЖ проявляется в уменьшении абразивного изнашивания инструмента и снижении высоты шероховатостей на чистовых операциях. Смазочное, охлаждающее и моющее свойства являются основными свойствами СОЖ. Помимо этого необходимо отметить режущее действие СОЖ. Под режущими свойствами COTC понимают ее способность облегчать разрыв связей в обрабатываемом материале при внедрении инструмента. Это способствует повышению стойкости инструмента и облегчению процесса резания. Режущее действие вызывается совокупностью физических явлений. К ним, в частности, относится эффект П.А.Ребиндера. Он заключается в изменении механических свойств твердых тел под влиянием на них поверхностных физико-химических процессов. Проникая в микротрещины, которые образуются в процессе пластического деформирования металла, активные жидкости снижают его предел текучести на сдвиг за счет образования поверхностных пленок и создания расклинивающего давления.

Составы и способы применения COTC Существующие смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС), применяемые при резании металлов, можно разделить на несколько групп.

1. Жидкости: а) водные растворы мыл, масел и минеральных электролитов, эмульсии (двухфазная дисперсная система, состоящая из жидкостей, не смешивающихся друг с другом); б) минеральные и растительные масла (сурепные, льняные, касторовые и др.), минеральные масла с добавками фосфора, серы и хлора, сульфоф-резолы (осерненные масла), олеиновая кислота, четырёххлористый углерод и др.; в) керосин, растворы поверхностно-активных веществ

(ПАВ) в керосине, керосин с добавками растительных масел; г) масла и эмульсии с добавками твёрдых смазочных веществ (коллоидный графит, хлорированный парафин, воск, дисульфид молибдена и др.). При резании труднообрабатываемых металлов и сплавов значительный эффект даёт применение СОЖ сложного состава, например, таких, как 5...10% Укринол-1, 5...10% Аквол-3, 5...8% РЗ-СОЖ8, МР-4 и др.

  1.  Газообразные вещества: а) газы (CO2, азот, воздух и др.); б) пары поверхностно- активных веществ; в) распылённые жидкости и пены.
  2.  Твёрдые вещества: а)порошки мыл и парафина, петролатум, битум, воск, графит, дисульфид молибдена и др. В некоторых случаях твёрдые смазки наносятся непосредственно на поверхности режущих инструментов, но чаще применяются в виде добавок к СОЖ.

10.Специальные методы резания материалов, увеличивающие производительность процесса, снижающие расход инструментов и стоимость процесса резания.

Одним из средств улучшения обрабатываемости резанием является искусственный подогрев материала срезаемого слоя заготовки до определенной температуры, так называемое терморезание. Этот метод обработки эффективен прежде всего для обработки сталей и сплавов высокой прочности, тугоплавких материалов, а также нержавеющих и жаропрочных материалов.

Способы нагрева заготовок можно разделить на две группы: способ сплошного нагрева и способ локального нагрева. Сплошной нагрев материала заготовки осуществляют в печах; его недостатками являются необходимость установки печей в механических цехах, применение средств защиты станков от теплового воздействия, трудности, связанные с перемещением и закреплением заготовок. Поэтому наиболее целесообразным является использование тепла предыдущей заготовительной операции (отливки, штамповки, прокатки).

К способам локального нагрева заготовки относятся индуктивный, электродуговой, электроконтактный. Наиболее распространен способ индуктивного нагрева токами повышенной и высокой частот. Электродуговой нагрев обеспечивает высокую температуру и локализацию нагрева, однако широкого промышленного применения не получил. Электроконтактный нагрев осуществляют введением электрического тока через инструмент или установкой специальных стержневых или вращающихся электродов. Применяют плазменный, или лучевой нагрев, а также способ локального нагрева в электролите.

Предварительный нагрев плазменной горелкой, устанавливаемой в резцедержателе токарного станка, успешно применяется для обработки крупногабаритных деталей из высокопрочных материалов. Обработка производится на глубинах резания до 5 мм и подачах до 0,5 мм/об. Применение нагрева при резании ограничивается интенсификацией износа рабочих граней инструментов. Поэтому введение предварительного нагрева улучшает обрабатываемость в тех случаях резания, когда увеличение стойкости инструмента вследствие снижения удельной работы резания больше, чем отрицательное воздействие повышенных температур на увеличение интенсивности явлений схватывания и износа инструмента.

Применение предварительного нагрева повышает стойкость инструмента в том случае, если при его использовании в процессе резания увеличивается разница твердости обрабатываемого материала и контактной твердости инструмента, т.е. разупрочнение обрабатываемого материала превалирует над разупрочнением рабочих поверхностей инструмента. При работе быстрорежущим инструментом эта разница обычно уменьшается; поэтому резание с нагревом в этом случае не применяют. При работе инструментом, оснащенным твердым сплавом, она увеличивается; при этом степень увеличения для закаленных сталей больше, чем для отожженных. Этим объясняется рентабельность применения резания с предварительным подогревом для твердых закаленных сталей, поскольку интенсивность адгезионного износа 1 (рис. 13.4) снижается с ростом температуры.

Создание качественно новых способов обработки резанием с целью улучшения обрабатываемости материалов, особенно труднообрабатываемых, ведётся в направлении изменения характера приложения механического воздействия на срезаемый слой, использования химических, электрических и тепловых видов воздействия, а также применение комбинированных методов обработки, основанных на совмещении механического, теплового, химического и электрического воздействия (резание с опережающим пластическим деформированием, обработка резанием с вибрациями, сверхскоростное резание и др.).

PAGE  19


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79711. Законность: понятие и принципы. Гарантии законности. Правопорядок 55 KB
  Гарантии законности. В юридической литературе существует несколько точек зрения относительно субъектов законности лиц на которых распространяются ее требования и сферы ее действия. По его мнению нарушения законов совершенные гражданами и другими лицами не являются нарушениями законности а лишь нарушают правопорядок. Лазарев утверждает что ограничение субъектов законности должностными лицами неоправданно: законность распространяется на всех и не содержит какихлибо изъятий.
79712. Предмет теории государства и права. Объект теории государства и права 55.5 KB
  Объект теории государства и права. Теория государства и права в системе юридических наук и ее соотношение с другими гуманитарными науками. Метод изучения теории государства и права.
79713. Основные элементы-признаки общества. Власть и ее роль в жизни общества 70 KB
  Обобщая ответы понимаем, что в первом случае под обществом понимается определенная группа людей, объединившихся для общения и совместной деятельности; во втором случае – определенный этап исторического развития; в третьем – население конкретной страны.
79714. ипы государства. Формационный подход к типологии государства. Исторические типы государства 77 KB
  Государство – это особая организация власти, располагающая специальным аппаратом управления и принуждения и способная придавать своим велениям обязательную силу для населения всей страны.
79715. Современный подход к определению факторов происхождения государства 58 KB
  Современный подход к определению факторов происхождения государства. ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ГОСУДАРСТВА По вопросу о происхождении возникновения государства существуют самые разные теории. Наиболее распространенными являются теории происхождения государства приведенные в таблице ниже.
79716. Функции государства: понятие, классификация функций 96.5 KB
  Научное познание государства любого исторического типа обязательно предполагает рассмотрение его функций представляющих собой важнейшие качественные характеристики и ориентиры не только собственно государства как особой организации публичной власти но и общества в целом.
79717. Форма государства. Понятие формы государства. Элементы формы государства 155 KB
  При изучении темы «Формы государства» нужно проводить анализ и раскрыть формы, в которых функционирует государство и его политическая система, рассматривать происхождение структурно-территориальной организации общества любого государства.
79718. Механизм государства: понятие и структура. Орган государства: понятие, признаки, классификаци 140 KB
  Обобщая политический опыт развития эксплуататорских государств, можно определить государство как организацию для поддержания одних политических сил, стоящих у власти, над другими. Без механизма государства нет и самого государства
79719. Гражданское общество: основные этапы становления и сфера деятельности 62 KB
  Идея гражданского общества появилась в Новое время, в противовес всевластию государства. Концепцию гражданского общества в наиболее полном виде разработал Г. Гегель, немецкий философ.