Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Шпоры по резанию материалов - файл 1.doc


Шпоры по резанию материалов
скачать (656 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc656kb.25.11.2011 12:27скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
1

КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ

Главные и вспомогательные движения при различных видах обработки резанием.

Главное движение резания Dr – поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее в процессе резания с наибольшей скоростью .

Д
вижение подачи
Ds – поступательное или вращательное движение инструмента или заготовки, скорость которого s меньше скорости главного движения резания.

^ Продольная подача при точении – перемещение резца параллельно оси заготовки.

Поперечная подача при точении – перемещение резца перпендикулярно оси заготовки.

^ Кинематическая схема резания – сочетание движений, сообщаемых механизмом станка в процессе резания инструменту и обрабатываемой детали.

Г.И. Грановский систематизировал кинематические схемы резания по группам:

  1. Одно прямолинейное движение (строгание, протягивание);

  2. Два прямолинейных движения;

  3. Одно вращательное движение;

  4. О
    дно вращательное и одно прямолинейное движения (точение, сверление, фрезерование плоских поверхностей);

  5. Два вращательных движения (фрезерование тел вращения);

  6. Два прямолинейных и одно вращательное движения;

  7. Два вращательных и одно прямолинейное движения (нарезание зубчатых колес методом обкатки);

  8. Три вращательных движения.


Поверхности обработки.

Н
а обрабатываемой заготовке при снятии стружки различают три поверхности: обрабатываемую, которая частично или полностью удаляется при обработке; обработанную, образованную на заготовке в результате обработки; поверхность резания, образуемую режущей кромкой в результирующем движении резания.


2
^

ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА




Координатные плоскости, поверхности и углы режущего лезвия



Рабочая часть любого режущего инструмента состоит из одного или многих режущих лезвий. На лезвии затачиваются передняя поверхность 1, контактирующая в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой; главная задняя поверхность 3, контактирующая с поверхностью резания; вспомогательная задняя поверхность 5, обращенная к обработанной поверхности.




При пересечении передней и главной задней поверхностей образуется главная режущая кромка 2, а передней и вспомогательной задней – вспомогательная режущая кромка 6.

Место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной режущего лезвия 4.

Р
асположение режущих кромок в пространстве определяет особенности режущего лезвия и оценивается относительно так называемых координатных плоскостей.

Для определения положения режущих кромок резца принимают следующие координатные плоскости: 1 – основная; 2 – резания; 3 – рабочая; 4 – главная секущая, а также вспомогательная секущая плоскость (не показана).

Координатные плоскости рассматривают в различных системах координат. ^ Статическая система имеет начало в рассматриваемой точке режущей кромки и ориентирована относительно направления скорости главного движения резания,

кинематическая – относительно направления скорости результирующего движения резания,

инструментальная – относительно элементов режущего инструмента, принятых за базу.
^ Основная плоскость – плоскость, проведенная перпендикулярно направлению скорости главного движения.
Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости.
^ Рабочая плоскость – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения и движения подачи.
Главная секущая плоскость 4 – координатная плоскость, перпендикулярная к линии пересечения основной плоскости ^ 1 и плоскости резания 2.
Вспомогательная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

3





^ Главный задний угол - угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Угол заострения - угол между главной задней и передней поверхностями резца.

^ Главный передний угол - угол между передней поверхностью резца и основной плоскостью в рассматриваемой точке главной режущей кромки.

Угол резания - угол между плоскостью резания и передней поверхностью резца.

Между этими углами существует соотношение ++=90; +=90. Во вспомогательной секущей плоскости N1 рассматривают вспомогательные задний 1, и передний 1 углы.

Главный угол в плане - угол между плоскостью резания и рабочей плоскостью.
^
Вспомогательный угол в плане 1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Угол в плане при вершине - угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Между этими углами существует соотношение +1+= 180.

^ У
гол наклона главной режущей кромки
- угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью.
Положительный :

tg пр=tg  cos  - tg  sin  - продольный

tg п=tg  sin  + tg  cos  - поперечный

Отрицательный :

tg пр=tg  cos  + tg  sin 

tg п=tg  sin  - tg  cos 

Так как  небольшой (05), то: tg пр=tg  cos 

tg п=tg  sin 

Для задних углов: tg пр=tg /cos ; tg п=tg /sin .

С
верло


Угол при вершине в плане 2.

Вспомогательные углы в плане 1.

tg 1=(D-D1)/(2l),

г
де D, D1 – диаметр сверла соответственно в начале и в конце направляющей части; l – длина направляющей части.

^ Угол наклона винтовой канавки - угол между касательной к винтовой линии, образующей эту канавку, и линией, параллельной оси сверла.

tg =D/H; tg 1=D1/H; tg 2=D2/H; tg x=Dx/H,

где D – диаметр сверла на периферии; D1; D2; Dx – диаметр сверла в соответствующих точках режущей кромки, через которые проведены сечения.

Отсюда tg х=Dх tg /D

пр= (=25…30)

tg =tg пр/sin .

tg =tg /sin  - на периферии сверла

tg х=tg х/sin = Dх tg /D sin  - для любой точки режущей кромки.

Пересечение главных задних поверхностей образует поперечную кромку, или перемычку 7. Угол наклона перемычки - угол между проекциями поперечной и главной режущей кромок на плоскость, перпендикулярно к оси сверла. При правильной заточке сверла =50…55.



Фреза



Ф
реза – многолезвийный инструмент, применяемый для обработки плоскостей, пазов, шлицев, тел вращения, резьбы, фасонных поверхностей и разрезки.



4
^

РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ



Элементы режима резания.
К элементам режима резания в общем случае относятся скорость главного движения, подача и глубина резания.

Скорость главного движения резания (скорость резания)  - скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в направлении главного движения резания.

При точении, когда заготовка вращается с частотой вращения n (об/мин), скорость резания (м/мин):

=Dn/1000, D – наибольший диаметр поверхности резания, мм.

П
одача
S – перемещение режущей кромки относительно обработанной поверхности в направлении движения подачи. Различают подачу за один оборот заготовки Sо (мм/об) и за 1 мин Sм= Sоn (мм/мин).

При токарной обработке подача может быть поперечная и продольная. Сверло имеет два зуба (пера) и режет одновременно двумя режущими кромками, поэтому на каждую кромку (один зуб) приходится подача Sz= Sо/z= Sо/2 (мм). Минутная подача Sм= Sоn. Между подачей на зуб фрезы Sz, на один оборот фрезы Sо и минутной Sм существует соотношение Sм= Sоn= Szzn.

Глубина резания tразмер слоя, удаляемого за один проход, измеренный в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. t=(D-d)/2 (мм).
^

Элементы срезаемого слоя


Ширина срезаемого слоя, или ширина среза b (мм) – длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания. b=t/sin.
Толщина срезаемого слоя, или толщина среза а (мм) – длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя. а=S sin.
Для торцовых фрез: b=t/sin cos

Угол контакта - центральный угол, соответствующий дуге контакта фрезы с заготовкой.

^ Мгновенный угол контакта - центральный угол между радиусом, проведенным в начальную точку касания зуба фрезы с заготовкой, и радиусом, проведенным в точку мгновенного положения зуба.

^ Средняя толщина среза ā=(аmахmin)/2= аmах/2.

Срединная толщина среза аср=Sz sin(/2).
Площадь поперечного сечения среза f.

f=tS=ab.

Суммарная площадь поперечного сечения среза, снимаемого прямозубой фрезой:

А=,

m=z/360 – количество зубьев фрезы, находящихся одновременно в работе; где z – число зубьев фрезы.
^ Машинное время

Машинное время – время, в течение которого происходит процесс снятия стружки без непосредственного участия рабочего: Тм=, где L=l+y+ (мм); l – размер обработанной поверхности в направлении подачи в мм; y=tctg – величина врезания в мм;  - выход режущего инструмента (перебег) 12мм.

^ 5

Классификация видов резания.
К
лассификация видов резания может быть проведена по следующим признакам:

  1. По количеству участвующих в резании режущих кромок – свободное и несвободное. При свободном резании в работе принимает участие только одна режущая кромка. Но гораздо чаще приходится иметь дело с процессом несвободного резания, при котором вспомогательная режущая кромка в зависимости от радиуса вершины резца, вспомогательного угла в плане и подачи принимает большее или меньшее участие.




  1. По ориентации режущей кромки относительно вектора скорости главного движения – прямоугольное и косоугольное. Если режущая кромка перпендикулярна к направлению главного движения резания, оно является прямоугольным, а если не перпендикулярна – косоугольным.




  1. По количеству одновременно участвующих в работе лезвий – одно- и многолезвийное. К первому виду относятся точение, строгание, долбление; ко второму – сверление, фрезерование и т.д.




  1. По форме сечения среза – с постоянным и переменным сечениями. К первому виду относятся, например, точение, сверление; ко второму – фрезерование.




  1. По времени контакта режущего лезвия с деталью – непрерывное и прерывистое. Первый вид характеризуется непрерывным контактом рабочих поверхностей лезвия с деталью; перерыв наступает только при переходе к обработке другой детали. Прерывистый процесс резания осуществляется путем периодического повторения цикла резание-отдых лезвия.








6
^

ДЕФОРМАЦИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ



Стружкой называется металл, срезанный с заготовки режущим инструментом.

Процесс резания (стружкообразования) – сложный физический процесс, при котором возникают и упругие и пластические деформации (сжатия, растяжения, сдвига); этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, наростообразованием, завиванием и усадкой стружки, повышением твердости деформируемых слоев металла и износом режущего инструмента.

П
од действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию. Процессы сжатия и растяжения сопровождаются упругими и пластическими деформациями. Пластическое деформирование заключается в сдвиге одних слоев относительно других по плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений. Сдвиги происходят между отдельными частицами кристаллического зерна (монокристалла) и между самими зернами в поликристалле; в результате сдвигов изменяется форма зерен, их размер и взаимное расположение. Процесс пластического деформирования сопровождается большим тепловыделением и изменением свойств металла; одним из таких изменений является повышение твердости (а следовательно, и хрупкости).

Режущий клин действует на срезаемый слой толщиной а на контактной площадке шириной С. Сила R, с которой инструмент передней поверхностью давит на срезаемый слой, получила название силы стружкообразования. Линия ОК разграничивает области сжимающих (слева от ОК) и растягивающих (справа от ОК) напряжений в обрабатываемом материале ниже поверхности резания.

Зона I, обозначенная ОАВNО и расположенная перед передней поверхностью инструмента, является зоной первичной деформации. Нижняя граница ОА зоны I вогнута и пересекает продолжение поверхности резания. Правее линии ОВ находятся зерна стружки, а левее линии ОА – недеформированные зерна материала срезаемого слоя. Зерно материала срезаемого слоя проходит по траектории FQ и сильно деформируется. Деформация зерна заканчивается в точке Q, и оно приобретает скорость с, равную скорости стружки.

Линией ОА показана поверхность сдвига (скольжения), на которой сдвигающие напряжения  равны пределу текучести с материала на сдвиг. Вся зона ОАВNО делится на подобные поверхности, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, уже получившего упрочнение в результате предшествующей деформации.

В результате взаимодействия поверхности стружки с поверхностью инструмента, зерна стружки продолжают деформироваться и после их выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона II вторичной деформации стружки, ограниченная передней поверхностью инструмента и линией OND. Ширина OD этой зоны приблизительно равна половине ширины площадки контакта С, а максимальная ее толщина 1 составляет примерно 0,1 ас. Степень деформации зерен во II зоне может в 20 и более раз превышать среднюю деформацию стружки.

Размеры зоны вторичной деформации и степень деформации зерен в этой зоне определяются силами трения на контактных поверхностях стружки и инструмента. Чем меньше силы трения, тем меньше размеры зоны II и деформация в ней зерен.

^ В
иды стружки и условия ее образования


Классификация стружки: сливная, скалывания (суставчатая), элементная и надлома.

Стружка скалывания состоит из отдельных элементов. Поверхность стружки, контактирующая с передней поверхностью резца, гладкая. Она образуется в результате обработки сталей и других пластичных материалов при большой толщине срезаемого слоя, относительно низкой скорости резания и небольшом переднем угле лезвия. При уменьшении толщины среза, повышении скорости резания и увеличении переднего угла отдельные элементы стружки станут менее отчетливыми и будут сходить без зазубрин на ее внешней стороне (сливная стружка). Если увеличить толщину среза, уменьшить скорость резания и передний угол , отдельные элементы стружки будут менее связными, т.е. образуется элементная стружка. Эти три вида стружки получаются при обработке пластичных металлов.

В случае обработки хрупких материалов при больших толщинах среза и больших углах  происходит вырывание или откалывание крупных частиц металла неправильной формы. Получаемая при этом стружка называется стружкой надлома (обработка чугуна).
7

^

СОПРОТИВЛЕНИЕ, СИЛА, РАБОТА И МОЩНОСТЬ РЕЗАНИЯ


Суммарную равнодействующую всех сил, действующих на резец со стороны обрабатываемого металла, можно назвать силой сопротивления резанию (стружкообразованию) R=. Где: Рz – сила резания, или тангенциальная сила, касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения; Рх – осевая сила, или сила подачи, действующая параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи; Ру – радиальная сила, направленная перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки.

На силы резания влияют следующие факторы: обрабатываемый материал, глубина резания, подача, передний угол (угол резания), главный угол в плане, радиус закругления при вершине, смазочно-охлаждающие технологические среды, скорость резания и износ инструмента.

Во избежание смещения резца от действия сил Ру и Рх он должен быть прочно закреплен в резцедержателе. Напряжения, вызванные в державке силами Рz, Ру и Рх, не должны повышать напряжений, допускаемых материалом державки по его прочности и жесткости. Большие напряжения создаются и в режущей части инструмента, поэтому сила Рz должна быть меньше силы, допустимой для режущей части резца.

Сила резания может быть рассчитана по формуле: Р=СрtХрSУpНВZp, где коэффициент Ср и показатели степени хр, ур и zр для всех трех составляющих силы резания – справочные величины (Грановский 177). Полученные значения составляющих сил резания необходимо умножить на поправочные коэффициенты, учитывающие влияние: а) главного угла в плане ; б) радиуса r0 закругления вершины резца; в) максимального линейного износа h3мах.

Работа резания в общем случае (в джоулях) рассчитывается по формуле: W=PzL, где Рz – сила резания, действующая в направлении скорости резания (Н); L – путь, проходимый режущим инструментом, м.

Эффективную мощность, Вт, затрачиваемую на резание, рассчитывают по уравнению Ne=Р/60, где  - скорость резания, м/мин; Р=Рz – сила резания, Н. С учетом КПД станка легко подсчитать и необходимую (расчетную) мощность электродвигателя: Nэл=Ne/.

8
^

КОНТАКТНЫЕ ПРОЦЕССЫ


В результате высоких скоростей деформации процесса резания резко меняются физико-механические свойства материала – возрастает число возможных плоскостей скольжения, изменяются соотношения между его пределом текучести и временным сопротивлением, возрастает химическая активность материала и т.д.

Экспериментальные данные показывают, что только за счет образования новой поверхности в пределах площадки контакта стружки с передней поверхностью лезвия в секунду возникает около 1015 свободных связей. И хотя продолжительность их существования в несвязанном состоянии 10-12с, на передней поверхности лезвия успевает образовываться так называемый граничный слой. Этот чрезвычайно тонкий слой возникает благодаря мгновенному процессу схватывания двух разнородных материалов и сопровождающих его явлений адгезии и диффузии. В условиях действия внешней среды к этим явлениям присоединяются также адсорбция (поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела) и химические реакции вновь возникающих при резании поверхностей с внешней средой.

Граничный слой в свою очередь состоит из нескольких слоев – переходного между поверхностями инструмента и обрабатываемого материала и последующих. В пределах переходного слоя наблюдается большое количество пор, образовавшихся между выступающими зернами инструментального материала и внутри сильно деформированного обрабатываемого металла. Граничный слой формируется в результате действия явления переноса – перенесения одного материала на поверхность другого в результате твердофазных взаимодействий между ними. Перенос – явление чрезвычайно сложное и проявляется на макро- (налипы, обволакивание, намазывание), микро- и субмикроскопическом уровнях. Для него характерны неоднородность рельефа контактной поверхности вследствие различных скоростей схватывания и разрушения пары инструментальный – обрабатываемый материалы на различных участках контакта; фазовые превращения, обусловленные взаимодействием данной пары между собой и внешней средой; наличие текстуры; образование различных микро- и субмикроструктур и др. В связи со сложностью строения и названными свойствами граничного слоя он в отличие от обрабатываемого и инструментального материалов значительно хуже травится, почему и получил название «белый слой».

Граничный слой служит своего рода основой, влияющей на другие контактные процессы. Например, он может сохранять свою малую толщину или служить первоосновой для образования наростов значительной высоты; защищать площадки контакта от изнашивания или, наоборот, способствовать ему; изменять условия трения и т.д.

Под наростом понимают клиновидную, относительно неподвижную область материала, расположенную на передней поверхности лезвия у его режущей кромки.

Нарост – сложное по химическому составу агрегатное состояние металла из продуктов взаимодействия обрабатываемого и инструментального материалов и окружающей среды. Он состоит из слоев сильно деформированного обрабатываемого материала с включениями оксидов и карбидов обрабатываемого и инструментального материалов, а также кобальта, входящего в состав твердого сплава. Строение нароста сложное: основная часть – это «третье тело», прочно соединенное с поверхностью инструмента, на которое наращиваются последующие слои сходящей стружки. При разрушении нарост частично уносится стружкой, частично поверхностью детали, в результате чего увеличивается шероховатость.

П
ри относительно низких скоростях резания образуется нарост первого вида.

Он имеет форму, близкую к треугольной, мало развит по высоте, имеет небольшой радиус округления вершины.

При более высоких скоростях образуется нарост второго вида значительной высоты, с большими передним и задним углами, достигающими 5…12. Основание нароста достаточно стабильно, а его верхняя часть часто разрушается. С дальнейшим возрастанием скорости резания этот нарост преобразуется в нарост третьего вида. Его форма становится прямоугольной или близкой к трапецеидальной, имеет значительную высоту. Наросты такого вида наиболее стабильны, их срыв происходит крупными частицами или полностью.

Е
ще при более высоких резания возникает нарост четвертого вида, по форме и расположению близкий к первому. Это – нестабильное образование, постоянно изменяющееся во всем объеме. Разрушение его происходит путем постоянного «стекания» с лезвия.

9

^ ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ РЕЗАНИИ

Различают три способа теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность – перенос теплоты (или внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел или частей одного тела с различной температурой.

Конвекция – наблюдается в движущихся жидкостях или газах. Перенос теплоты при этом происходит за счет перемещения вещества в пространстве, тогда как в процессе теплопроводности это не обязательно. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа имеет место соприкосновение частиц с различными температурами. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом.

Тепловое излучение – перенос теплоты в виде электромагнитных волн с взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно.

Температурное поле – совокупность температур в данный момент времени для всех точек пространства. Если при этом температура зависит от длительности нагрева или охлаждения, поле называется неустановившимся или нестационарным. Если же температура не изменяется, поле называется установившимся или стационарным.

Градиент температур – предел отношения приращения температуры  к расстоянию между изотермами по нормали n: grad =lim (/n) n0=d/dn (С/м), он характеризует интенсивность изменения температуры внутри тела и является векторной величиной, направленной по нормали в сторону возрастания температуры.

Плотность теплового потока q=- grad  (Вт/м2) – количество теплоты, проходящей через единицу площади в единицу времени – вектор, направленный в сторону, противоположную градиенту температуры.

Коэффициент теплопроводности  - количество теплоты, проходящей в единицу времени через единицу площади при градиенте температуры в один градус на единицу длины (Вт.

Коэффициент температуропроводности  (м2/с)

Коэффициент теплоотдачи  характеризует интенсивность конвективного теплообмена между твердым телом и жидкой (газообразной) средой; (Вт/м2с).

Выделение теплоты при снятии стружки объясняется тем, что в теплоту преобразуется механическая работа, затраченная на срезание стружки: W=Wдеф+Wт.п.п+Wт.з.п., где Wдеф, Wт.п.п, Wт.з.п – работа, затрачиваемая соответственно на упругую и пластическую деформации срезаемого слоя, на преодоление сил трения по передней и задней поверхностям.

П
рактически в теплоту переходит вся работа резания (больше, чем 99,5 %).

Зная количество теплоты, выделяемой в процессе резания и распространяемой между стружкой, обрабатываемой деталью, инструментом и средой, можно записать уравнение баланса тепловой и механической энергии при резании: Wдеф+Wт.п.п+Wт.з.п.=Qс+Qи+Qд+Qо.с.

Эксперименты показывают, что при работе с небольшой скоростью резания (до 30…40м/мин) относительное количество теплоты составляет: Qс60…70%; Qи3%; Qд30…40%; Qо.с.1…2%. Установлено, что чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала, тем больше теплоты уходит в инструмент. По мере увеличения скорости резания значительно растет относительное количество теплоты, уходящей в стружку. По опытам С.С. Можаева при скорости =400…500 м/мин теплота распределяется так: Qс97…98%, а Qи1%.

Использование технологических сред позволяет значительно повысить Qо.с. в общем тепловом балансе. В зависимости от условий подвода среды соответственно уменьшаются Qс, Qи и Qд.

10

^ ТЕМПЕРАТУРА РЕЗАНИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Температура резания – температура, возникающая в зоне резания. Рассмотрим некоторые из методов ее определения.

К
алориметрический метод
– позволяет определить количество теплоты, переходящей в стружку, деталь и инструмент, а также их средние температуры. Например, улавливая в калориметр горячую стружку, зная массы стружки и воды в калориметре и изменение температуры воды, можно определить среднюю температуру стружки. Есть также калориметры, в которые погружают деталь и инструмент.

Метод пленок – заключается в том, что на контактные площадки инструмента наносится в вакууме тонкий слой чистого металла с известной температурой плавления. Теплота, выделяющаяся при резании, оплавляет пленку в области, где достигается температура ее плавления, и тем самым обозначает соответствующую изотерму.

Метод термокрасок – принципиально аналогичен методу пленок, но вместо чистых металлов используются специальные составы, изменяющие свой цвет под действием температур.

Т
ермоэлектрический метод
– заключается в том, что если нагреть место спая двух проводников из различных металлов, оставляя при этом свободные концы при более низкой температуре, на последних возникает термоЭДС, которая зависит от разности температур спая и более холодных концов. Замыкая цепь через милливольтметр, можно измерить термоЭДС. Такая цепь называется термоэлектрической. Этот метод является наиболее распространенным и подразделяется на несколько разновидностей: метод искусственной термопары, полуискусственной термопары, естественной термопары.

^ М
етод бесконтактного измерения температур
представляет собой регистрацию теплового излучения отдельных участков детали или инструмента в процессе обработки.
Он основан на принципе собирания теплового излучения с участка нагретой поверхности 1 с помощью линз 2 и направления его на фотосопротивление 3. Под действием теплового изучения в фотоэлементе возникает ток, который повышается усилителем 4 и регистрируется измерительным устройством 5. Фотоэлектрический метод позволяет измерять температуру различных участков зоны резания и определять температурные поля передней и задней поверхности резца.

На основании приведенной общей схемы разработана конструкция и изготовлен прибор для измерения температуры в любой точке зоны резания.

Р
ис. 6.20. а.
Прибор состоит из корпуса 6, объектива 4, подвижного зеркала 5, фотоэлемента 7, окуляра 9 с сеткой 8. Кроме того, применен специальный резец 1 с прихватом 2 и пластиной 3 из прозрачного для инфракрасной области спектра материала (например, из лейкосапфира или алмаза) с полированными передней и нижней (опорной) плоскостями, причем опорная плоскость А выполнена зеркальной. Прибор позволяет измерять температуру в любой точке от 150 до 1200 0С. Высокая точность измерения (2…3%).

11

^ СТОЙКОСТЬ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Продолжительность резания новым или переточенным режущим инструментом до его отказа, т.е. до достижения предельно допустимого износа, называется периодом стойкости Т. Иногда для выражения технологических возможностей период стойкости инструмента дается в метрах пути резания (ТL) и в количестве деталей, обработанных между двумя переточками.

Чем больше интенсивность изнашивания, тем меньше период стойкости инструмента. Последний служит количественным выражением интенсивности изнашивания инструмента и сильно изменяется в зависимости от условий резания – режимов резания, геометрических параметров режущей части инструмента, применяемой СОТС и т.д. Одним из основных факторов, определяющих период стойкости инструмента, является скорость резания. Это в первую очередь обусловлено тем, что в зависимости от скорости изменяется температура в зоне резания.

Ч
тобы получить график зависимости Т=f() для определенного инструмента, его используют до полного затупления при выбранных условиях. При этом все условия сохраняются постоянными, кроме . Затем строят графики зависимости износа от времени резания hз=f(), по которым находят соответствующие значения Т при предельном износе hз= и строят кривые Т=f() или =f(Т).

12

^ ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА:

хрупкое, пластическая деформация, изнашивание.
П
рочность режущего клина инструмента
– способность выдерживать без разрушения нагрузку, обусловленную процессом резания. В зависимости от механически характеристик материала и схемы напряженного состояния разрушение может носить характер хрупкого или вязкого процесса.

Если соотношение нормальных и касательных напряжений соответствует кривой 1 (стр. 224), разрушение режущего клина произойдет путем среза после предварительной пластической деформации. Если напряженное состояние в режущем клине отвечает кривой 2, разрушение сопровождается пластической деформацией, но произойдет путем отрыва, а сели кривой 3 – путем отрыва без предварительной пластической деформации. Характер разрушения зависит также от скорости нагружения клина и уровня температур в зоне резания.

На практике в результате хрупкого разрушения наблюдаются либо выкрашивание режущих кромок, либо сколы режущей части.
В
ыкрашивание
проявляется в отделении малых частиц режущей кромки и вызывается поверхностными дефектами площадок контакта, неоднородностью структуры инструментального материала, остаточными напряжениями в поверхностных слоях рабочей части инструмента. Сколы характеризуются отделением значительного объема рабочей части инструмента. Они происходят преимущественно по передней поверхности и по размерам соизмеримы с размерами площадки контакта. Основными факторами, влияющими на скалывание, являются свойства обрабатываемого и инструментального материалов, геометрия режущего клина (,  и ) и толщина среза.

Для ряда сочетаний обрабатываемых и инструментальных материалов существует область режимов резания, в пределах которой инструмент не в состоянии срезать стружку, но сам подвергается пластической деформации и срезу. Особенностью этого вида разрушения является пластическое течение верхних контактных слоев и их последующий срез вдоль задней, а иногда и передней поверхности лезвия. Развитию процесса пластического течения способствует интенсивный разогрев и размягчение инструментального материала при высоких температурах резания. Повышению его пластичности способствует и то, что режущее лезвие работает в условиях всестороннего неравномерного сжатия.

Н
аступление момента пластического разрушения зависит от свойств инструментального материала и условий обработки. Так, при точении конструкционных сталей с толщинами среза а=0,3…0,4мм разрушение быстрорежущего резца наступает при =36…60м/мин и температуре разогрева режущей кромки =700С, а твердосплавного – соответственно 350…500м/мин и 1100…1200С.

Абразивное изнашивание. Снятие стружки с поверхности детали сопровождается изнашиванием режущих лезвий инструментов. Это происходит в результате комплексного действия целого ряда механических и физико-химических явлений на площадках контакта. Механизм абразивного изнашивания заключается в том, что твердые включения обрабатываемого материала, внедряясь в контактные поверхности инструмента, царапают их как микроскопические резцы. Особенно это проявляется, когда твердость инструментального материала в процессе резания падает, а обрабатываемый материал упрочняется. Абразивное действие оказывают частицы нароста, карбиды, интерметаллиды, оксиды и другие включения высокой твердости.
^ Адгезия, схватывание и перенос вещества. В процессе резания происходят одновременно накапливание частиц на одних микроучастках контактных площадок и срыв с других микроучастков тех же контактных площадок накопившихся на них частиц. В результате по всей контактной поверхности образуются микроочаги относительно кратковременного действия локальных сил адгезии (адгезия (прилипание, сваривание) – сцепление поверхностных слоев разнородных тел) между поверхностными слоями материалов инструмента и детали, чередующиеся с разрушением и уносом оторванных частиц стружкой или вновь образуемыми участками поверхности резания. Одной из причин локализации сил адгезии является отсутствие непрерывного сплошного контакта между задней поверхностью инструмента и обрабатываемым материалом.


Диффузионное изнашивание в процессе резания может происходить вследствие взаимного диффузионного растворения компонентов инструментального и обрабатываемого материалов; разрушения поверхностных слоев инструмента в результате структурных превращений и их разупрочнения.
13

^ ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Все причины образования шероховатости обработанной поверхности можно разбить на три группы, связанные:

1) с положением режущих кромок инструмента относительно обработанной поверхности;

2) упругой и пластической деформацией обрабатываемого материала;

3) возникновением вибраций в технологической станочной системе.

О
бразование неровностей обработанной поверхности в первом приближении можно представить как след рабочего движения режущей кромки (или кромок) инструмента в поверхностном слое металла (стр. 241) – регулярный профиль. На образование регулярного профиля шероховатости влияет геометрия режущего инструмента, в частности главный и вспомогательный углы в плане  и 1, радиус вершины резца rв и подача S.

Исходя из геометрических соотношений расчетная высота неровностей для резца с незакругленной вершиной: Rzрасч=S sin sin1/sin (+1).
Для резца, вершина которого закруглена радиусом rв (при S> rв), используется эмпирическая зависимость: Rzрасч=S2/(8 rв), а при тонком точении Rzрасч=, где аmin – минимальная толщина среза: аmin =КS(t/2rв)1/2; К – коэффициент, учитывающий уменьшение размеров сечения среза и механические свойства обрабатываемого материала.
Из приведенных формул следует, что чем больше S,  и 1, и меньше rв, тем высота неровностей больше и наоборот. Указанную шероховатость называют поперечной (ее измеряют в направлении подачи). Одновременно образуется и продольная шероховатость, измеряемая вдоль главного движения инструмента (или детали). Обычно поперечная шероховатость больше продольной, и поэтому она сильнее влияет на эксплуатационные свойства обработанных поверхностей.
В реальном процессе обработки металлов резанием впереди резца и под обработанной поверхностью образуется определенная зона пластической деформации. Это вносит существенные искажения в регулярный профиль поверхности, т.к. пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается, а также вырываются отдельные кусочки металла. Поэтому чем меньше поверхностная пластическая деформация, тем ближе фактический профиль подходит к регулярному.
При затуплении режущего инструмента шероховатость обработанной поверхности возрастает: при точении на 50…60%, фрезеровании цилиндрическими фрезами на 100…115%, фрезеровании торцовыми фрезами на 35…45%, сверлении на 30…40% и развертывании на 20…30%. Это объясняется увеличением пластической деформации металла поверхностного слоя.
Уменьшить пластическую деформацию, а следовательно, и искажения регулярного профиля поверхности можно увеличением переднего угла, а также скорости резания, проведением соответствующей термической обработки металла (например, нормализации или улучшения), применением СОТС и т.д.





14

^ ОСТАТОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
При обработке деталей под действием сил резания в поверхностном слое металла происходит его упругопластическое деформирование.

Пластическая деформация распространяется на определенную глубину металла, расположенного под обработанной поверхностью, и сопровождается скольжением, т.е. перемещением отдельных частей кристаллов по определенным кристаллографическим плоскостям. Пластической деформации предшествует упругая, распространяющаяся со скоростью, близкой к скорости звука.

При пластической деформации происходит возникновение и концентрация дислокаций (нарушение в отдельных местах правильного строения кристаллической решетки) около линий сдвигов. При резании пластическая деформация вызывает наклеп поверхности, за счет чего последняя упрочняется, повышается ее микротвердость и снижается пластичность.
П
ри наклепе
наблюдается снижение электропроводности, теплопроводности и плотности металла, что объясняется увеличением количества дислокаций и вакансий в наклепанном металле. В общем случае с увеличением сил резания и продолжительности их воздействия возрастает пластическая деформация поверхностного слоя металла, а следовательно, увеличивается степень его упрочнения N и глубина распространения наклепа h. Так, например, они возрастают с увеличением подачи и уменьшаются с ростом скорости резания (Рис. 248).

Для приближенного расчета глубины наклепа можно пользоваться методом, базирующимся на решении задач теории пластичности. При несвободном резании острым резцом

h=S(1-sin) sin 2/2sin,

где  - угол сдвига;  - главный угол резца в плане.

Угол сдвига tg =cos/(Ka - sin),

где Ка – коэффициент утолщения стружки;  - передний угол резца. Формула с h справедлива, когда отношение S/t<0,3.

Установлено, что возможности упрочнения металла за счет его наклепа ограничены, и при чрезмерном пластическом деформировании может образоваться «перенаклеп» металла, что приводит к его разупрочнению. Разупрочнение происходит при исчерпании зернами металла возможности упрочняться. При этом наблюдается его разрыхление, появление трещин, отслаивание и т.д.
Остаточными напряжениями называют напряжения в поверхностном слое деталей, которые существуют при отсутствии каких-либо внешних воздействий, например температурных или силовых. При обработке резанием и вызванных им пластических деформациях металла уменьшается его плотность и соответственно увеличивается удельный объем примерно на 0,3…0,8% от исходного значения.

Вследствие трения задней поверхности инструмента об обработанную поверхность в поверхностных слоях последней возникает пластическая, а ниже – упругая деформация растяжения. По мере движения режущего клина и снятия нагрузки упругорастянутые слои стремятся возвратиться в исходное состояние, но этому препятствуют пластически деформированные слои. В результате внутренние области оказываются частично растянутыми, а в поверхностных слоях возникнут остаточные напряжения сжатия.

О
статочные напряжения могут возникнуть в связи с локальным нагревом поверхности обрабатываемой детали. Под действие теплового фактора поверхностные слои стремятся удлиниться, но этому препятствуют более холодные, расположенные в глубине металла, и в поверхностном слое возникают напряжения сжатия. При охлаждении наблюдается обратная картина с образованием растягивающих напряжений. Результирующую эпюру напряжений следует рассматривать как результат одновременного действия силового и теплового фактора.

При обработке резанием металлов, склонных к фазовым превращением, нагрев в зоне резания может вызывать структурные превращения, связанные, как известно, с объемными изменениями кристаллической решетки металла. Поэтому в слоях со структурой, имеющей больший удельный объем, развиваются напряжения сжатия, а в слоях со структурой меньшего удельного объема – остаточные напряжения растяжения.
^



15

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ




Основные свойства инструментальных материалов


Основные требования к инструментальным материалам следующие:

  1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость в состоянии поставки или достигаемую в результате его термической обработки – не менее 63…66 HRC по Роквеллу.




  1. Необходимо, чтобы при значительных температурах резания твердость поверхностей инструментов существенно не уменьшалась. Способность материала сохранять высокую твердость при повышенных температурах и исходную твердость после охлаждения называется теплостойкостью. Инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью.




  1. Наряду с теплостойкостью, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом.




  1. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента сопровождается значительной хрупкостью, это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.




  1. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей – это хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки; хорошая шлифуемость после термической обработки. Для твердых сплавов особое значение приобретает хорошая шлифуемость, а также отсутствие трещин и других дефектов, возникающих в твердом сплаве после припайки пластин, при шлифовании и заточке инструмента.


16

^ ВИДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

Ранее всех материалов начали применять углеродистые инструментальные стали марок У7, У7А … У13, У 13А. Кроме железа они содержат 0,2…0,4 % марганца, обладают достаточной твердостью при комнатной температуре, но их теплостойкость невелика, так как при сравнительно невысоких температурах (200…250С) их твердость резко уменьшается.

Легированные инструментальные стали по своему химическому составу отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает его пластичность); никеля (повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, прокаливаемость материала); вольфрама (повышает твердость и теплостойкость материала); ванадия (повышает твердость и прочность материала, способствует образованию мелкозернистой структуры); кобальта (увеличивает ударную вязкость и жаропрочность материала); молибдена (повышает упругость, прочность, теплостойкость материала). Для режущих инструментов используются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонностью к короблению, но теплостойкость их практически равна теплостойкости углеродистых сталей 350…400С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназначенных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, развертки).

^ Быстрорежущие инструментальные стали. Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, ванадия. Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63…66HRC, предел прочности при изгибе 2900…3400Мпа, ударную вязкость 2,.7…4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600…650С. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20…30%, твердость – на 1 – 2 единицы HRC.

^ Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8М3, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8; Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66…70HRC, они имеют более высокую теплостойкость (до 620…670С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3 – 5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

^ Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – В11М7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69…70HRC, и теплостойкость 700…720С. Наиболее рациональная область их использования – резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30 – 80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8 – 15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3 – 8 раз).

^ Твердые сплавы. Эти сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин или коронок. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC и ниобия NbC, мельчайшие частицы которых соединены посредством сравнительно мягких и менее тугоплавких кобальта или никеля в смеси с молибденом.

Твердые сплавы имеют высокую твердость – 88…92 HRA (72…76 HRC) и теплостойкость до 850…1000С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 – 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся:

  1. на вольфрамовые сплавы группы ВК: ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8% кобальта и 92% карбидов вольфрама. Буквами М и ОМ обозначается мелкозернистая и особо мелкозернистая структура;

  2. на титановольфрамовые сплавы группы ТК: Т5К10, Т15К6, Т14К8, Т30К4, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

  3. на титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

  4. на безвольфрамовые твердые сплавы ТМ-1, ТМ-3, ТН-20, КНТ-16, ТС20ХН. Обозначения условные.

Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, приклеиваются или крепятся механически к державкам из конструкционной стали. Выпускаются также инструменты, рабочая часть которых целиком выполнена из твердого сплава (монолитные).

Сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Они могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.

Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и не высокими температурами в зоне резания. Их также используют при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК.

Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8-Б) повышает его прочность. Однако температура теплостойкости этих сплавов ниже, чем у двух карбидных.

Особомелкозернистые твердые сплавы применяют для обработки материалов с большой истирающей способностью. Их применяют для чистовой и получистовой обработки деталей из высокопрочных вязких сталей с повышенной склонностью к наклепу.

Сплавы с низким содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) применяют на чистовых операциях, с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) используют на черновых операциях.

Минералокерамика. Ее основу составляют оксиды алюминия Al2О3 с небольшой добавкой (0,5…1%) оксида магния MgO. Высокая твердость, теплостойкость до 1200С, химическая инертность к металлам, сопротивление окислению во многом превосходят эти же параметры твердых сплавов, но уступает по теплопроводности и имеет более низкий предел прочности на изгиб.

Высокие режущие свойства минералокерамики проявляются при скоростной обработке сталей и высокопрочных чугунов, причем чистовое и получистовое точение и фрезерование повышает производительность обработки деталей до 2 раз при одновременном возрастании периодов стойкости инструментов до 5 раз по сравнению с обработкой инструментами из твердого сплава. Минералокерамика выпускается в виде неперетачиваемых пластин, что существенно облегчает условия ее эксплуатации.

^ Сверхтвердые инструментальные материалы (СТМ) – наиболее перспективные – это синтетические сверхтвердые материалы на основе алмаза или нитрида бора.

Для алмазов характерны высокая твердость и износостойкость. По абсолютной твердости алмаз в 4-5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и в сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. Вследствие высокой теплопроводности алмазы лучше отводят теплоту из зоны резания, однако, из-за их хрупкости область их применения сильно ограничена. Существенный недостаток алмаза – при повышенной температуре он вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность.

Поэтому были созданы новые сверхтвердые материалы, химически инертные к алмазу. Технология получения их близка к технологии получения алмазов, но в качестве исходного вещества использовался не графит, а нитрид бора.
17

^ НАЗНАЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ ИНСТРУМЕНТА И ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ, СВЕРЛЕНИИ, ФРЕЗЕРОВАНИИ.
Выбор заднего угла . Известно, что при обработке сталей больший оптимальный угол  соответствует меньшей толщине срезаемого слоя: sin опт=0,13/а0,3.

Для практических целей при обработке сталей рекомендуются следующие значения задних углов: для черновых резцов при S>0,3мм/об - =8; для чистовых резцов при S<0,3 мм/об - =12; для торцовых и цилиндрических фрез - =12…15.

Значение задних углов при обработке чугунов несколько меньше, чем для обработки сталей.

Выбор переднего угла . Передний угол должен быть тем больше, чем меньше твердость и прочность обрабатываемого материала и чем больше его пластичность. Для инструментов из быстрорежущей стали при обработке мягких сталей угол =20…30, сталей средней твердости - =12…15, чугуна - =5…15 и алюминия - =30…40. У твердосплавного инструмента передний угол делается меньшим, а иногда даже отрицательным в силу того, что этот инструментальный материал менее прочный, чем быстрорежущая сталь. Однако уменьшение  приводит к росту сил резания. Для снижения сил резания в таком случае на передней поверхности как твердосплавного, так и быстрорежущего инструмента затачивают отрицательную фаску.

Выбор главного угла в плане . При обработке нежестких деталей для уменьшения радиальной составляющей Ру главный угол в плане следует увеличивать до =90. В отдельных случаях угол  назначают из конструктивных соображений. Главный угол в плане влияет также на шероховатость обработанной поверхности, поэтому при чистовой обработке рекомендуется использовать меньшие значения .

Выбор вспомогательного угла в плане 1. Для отдельных видов инструментов 1 колеблется в пределах от 0 до 2…3. Например, у сверл и метчиков 1=2…3, а у отрезного резца 1=1…3.

Выбор угла наклона главной режущей кромки . Рекомендуемые углы для чистовых и черновых резцов из быстрорежущей стали соответственно =0…(-4) и =5…+10, для твердосплавных резцов при работе их без ударов и с ударами соответственно =5…+10 и =5…+20.
Назначение оптимальных режимов резания:

  1. Прежде всего, выбирают инструментальный материал, конструкцию инструмента и геометрические параметры его режущей части. Материал режущей части выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, состояния поверхности заготовки, а также от условий осуществляемого резания. Геометрические параметры инструмента назначаются в зависимости от свойств обрабатываемого материала, жесткости технологической системы, вида обработки (черновой, чистовой или отделочной) и других условий резания.

  2. Назначают глубину резания с учетом припуска на обработку. При черновой обработке желательно назначать глубину резания, обеспечивающую срезание припуска за один проход. Количество проходов свыше одного при черновой обработке следует допускать в исключительных случаях при снятии повышенных припусков. Получистовая обработка часто производится в два прохода. Первый, черновой, осуществляется с глубиной резания t=(0,6…0,75)h, а второй, окончательный с t=(0,3…0,25)h. Обработка в два прохода в этом случае вызвана тем, что при снятии слоя толщиной свыше 2мм за один проход качество обработанной поверхности низкое, а точность ее размеров недостаточна. При чистовой обработке в зависимости от точности и шероховатости обработанной поверхности глубину резания назначают в пределах 0,5…2,0мм на диаметр, а при обработке с шероховатостью менее Ra 1,25 – в пределах 0,1…0,4мм.

  3. Выбирают подачу (при точении и сверлении – S0, мм/об; при фрезеровании Sz, мм/зуб).При черновой обработке она устанавливается с учетом жесткости технологической станочной системы, прочности детали, способа ее крепления (в патроне, в центрах и т.д.), прочности и жесткости рабочей части режущего инструмента, прочности механизма подачи станка, а также установленной глубины резания. При чистовой обработке назначение подачи необходимо согласовывать с заданной шероховатостью обработанной поверхности и квалитетом точности, учитывая при этом возможный прогиб детали под действием сил резания и погрешности геометрической формы обработанной поверхности. После выбора нормативной подачи производят проверочные расчеты по формулам: Рх=, или .

  4. Определяют скорость резания. Скорость резания, допускаемая режущим инструментом при определенном периоде его стойкости, зависит от глубины резания и подачи, материала режущей части инструмента и его геометрических параметров, от обрабатываемого материала, вида обработки, охлаждения и других и других факторов.

При данных глубине резания, подаче и периоде стойкости можно рассчитать скорость резания: при точении: ; при сверлении: ; при фрезеровании: .

  1. При черновой обработке проверяется выбранный режим резания по мощности станка. В этом случае должно соблюдаться соотношение: Nрез1,3Nст. Если окажется, что мощности электродвигателя станка, на котором производится обработка, не хватает, надо выбрать более мощный станок. Если это невозможно, необходимо уменьшить выбранные значения  или S.

  2. Определяют основное время каждого прохода (формулы для его расчета при различных видах обработки приводятся в нормативно-справочной литературе.



18

^ ПРОЦЕСС ШЛИФОВАНИЯ
Шлифование – процесс резания металлов, осуществляемый зернами абразивного материала. Шлифованием можно практически обрабатывать любые материалы, так как твердость зерен абразива (2200…3100НВ) и алмаза (7000НВ) очень велика. Для сравнения отметим, что твердость твердого сплава 1300НВ, цементита 2000НВ, закаленной стали 600…700НВ. Зерна абразива скрепляются связкой в инструменты различной формы или наносятся на ткань (абразивные шкурки). Шлифование применяется чаще всего как отделочная операция и позволяет получать детали 7…9-го и даже 6-го квалитетов с шероховатостью Ra=0,63…0,16мкм и менее. В некоторых случаях шлифование применяется при обдирке отливок и поковок, при зачистке сварных швов, т.е. как подготовительная или черновая операция. В настоящее время применяется глубинное шлифование для съема больших припусков.

Характерными особенностями процесса шлифования являются следующие:

  1. многопроходность, способствующая эффективному исправлению погрешностей формы и размеров деталей, полученных после предшествующей обработки;

  2. резание осуществляется большим количеством беспорядочно расположенных абразивных зерен, обладающих высокой микротвердостью (22000…31000Мпа). Эти зерна, образующие прерывистый режущий контур, прорезают мельчайшие углубления, а объем металла, срезаемый в единицу времени, в этом случае значительно меньше, чем при резании металлическим инструментом. Одним абразивным зерном в единицу времени срезается примерно в 400000 раз меньший объем металла, чем одним зубом фрезы;

  3. процесс срезания стружки отдельным абразивным зерном осуществляется на высоких скоростях резания (30…70м/с) и за очень короткий промежуток времени (в течение тысячных и стотысячных долей секунды);

  4. а
    бразивные зерна расположены в теле круга хаотически. Они являются многогранниками неправильной формы и имеют округленные радиусом  вершины (Стр. 301).

Округление это невелико (обычно =8…20 мкм), но его всегда надо учитывать, так как при микрорезании толщины слоев, снимаемых отдельными зернами, соизмеримы с ;

  1. большие скорости резания и неблагоприятная геометрия режущих зерен способствует развитию в зоне резания высоких температур (1000…1500С);

  2. управлять процессом шлифования можно только за счет изменения режимов резания, так как изменение геометрии абразивного зерна, выполняющего роль резца или зуба фрезы, практически трудноосуществимо. Алмазные круги с помощью специальной технологии изготовления могут иметь преимущественную (требуемую) ориентировку алмазных зерен в теле круга, что обеспечивает более благоприятные условия резания;

  3. абразивный инструмент может в процессе работы самозатачиваться. Это происходит, когда режущие грани зерен затупляются, что вызывает увеличение сил резания, а следовательно, и сил, действующих на зерно. В результате затупленные зерна выпадают, вырываются из связки или раскалываются, и в работу вступают новые острые зерна;

  4. шлифованная поверхность образуется в результате одновременного действия как геометрических факторов, характерных для процесса резания, так и пластических деформаций, сопровождающих этот процесс.

Что касается геометрической схемы образования шлифованной поверхности, необходимо иметь в виду следующее:

  1. д
    ля большего соответствия действительному процессу стружкообразования следует рассматривать врезание зерен в шероховатую поверхность, а сами зерна считать хаотично расположенными во всем объеме круга (Стр. 302).

Шлифование должно рассматриваться как явление пространственное, а не плоскостное. В зоне резания обрабатываемая элементарная поверхность за время ее контакта со шлифовальным кругом соприкасается не с одним рядом зерен, а с несколькими;

  1. чем меньше неровности абразивного режущего инструмента, тем ближе он подходит к сплошному режущему лезвию и тем менее шероховатой получается обработанная поверхность. Одинаковый режущий контур можно создать уменьшением номера зернистости или увеличением времени абразивного воздействия, например, за счет понижения скорости вращения детали или уменьшения продольной подачи за один оборот изделия;

  2. упорядоченный режущий рельеф достигается алмазной правкой. В процессе шлифования по мере разрушения и выпадания отдельных зерен упорядоченный режущий рельеф нарушается;

  3. абразивные зерна в процессе резания можно разделить на режущие (например, зерна 3, 7), скоблящие, если они врезаются на столь малую глубину, что происходит лишь пластическое выдавливание металла без снятия стружки, давящие 5 и нережущие 4. В реальном процессе шлифования примерно 85…90% всех зерен не режет, а так или иначе пластически деформирует тончайший поверхностный слой, т.е. наклепывает его.

  4. на шероховатость влияет не только зернистость, но и связка абразивного инструмента, оказывающая полирующий эффект, который больше проявляется при меньших скоростях вращения круга.

19

^ ХАРАКТЕРИСТИКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА И НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ
Все абразивные материалы делятся на две группы: естественные и искусственные. К естественным материалам относятся корунд и наждак, состоящие из Al2O3 и примесей. Из искусственных абразивных материалов наиболее широкое распространение получили: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, кубический нитрид бора (КНБ), белбор.

Под зернистостью абразивных материалов понимают размеры их зерен. По своим размерам (крупности) они делятся по номерам:

  1. 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16 – шлифзерно;

  2. 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 – шлифпорошки;

  3. М63, М50, М40, М28, М20, М14 – микропорошки;

  4. М10, М7, М5 – тонкие микропорошки.

Зернистость микропорошков определяется размером зерен основной фракции в мкм. Согласно ГОСТ 3647-80, различают следующие фракции зерна: В (60…55%), П (55…45%), Н (45…40%), Д (43…39% зерен основной фракции).

Под твердостью кругов понимается способность связки удерживать абразивные зерна от вырывания их с поверхности круга под действием внешних сил, или степень сопротивления связки вырыванию зерен круга из материала связки.

По твердости круги на керамической и бакелитовой связках, согласно ГОСТ 18118-79, делятся на семь классов: М – мягкие (М1, М2, М3), М2 тверже, чем М1; СМ – среднемягкие (СМ1, СМ2); С – средние (С1, С2); СТ – среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3); Т – твердые (Т1, Т2); ВТ – весьма твердые (ВТ); ЧТ – чрезвычайно твердые (ЧТ).

Круги на вулканитовой связке различаются по твердости: среднемягкая (СМ), средняя (С), среднетвердая (СТ) и твердая (Т).

ГОСТ 2424-83 предусматривает изготовление шлифовальных кругов трех классов точности: АА, А и Б. В зависимости от класса точности кругов должны применяться шлифовальные материалы со следующими индексами: В и П – для класса точности АА; В, П и Н – для класса точности А; В, П, Н и Д – для класса точности Б.

Под структурой шлифовального круга понимается его внутренне строение, т. е. процентное соотношение и относительное расположение зерен, связки и пор в единице объема круга: Vз+Vс+Vп=100%.

Основой системы структур является содержание абразивных зерен в единице объема инструмента:

Номер структуры

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Содержание зерен, %

60

58

56

54

52

50

48

46

44

42

40

38

Структуры с 1 по 4 – закрытые или плотные; с 5 по 8 – средние; с 9 по 12 – открытые.

ГОСТ 2424-83 регламентирует выпуск 14 профилей шлифовальных кругов диаметром 3…1600мм, толщиной 6…250мм.

Оптимальным режимом резания при шлифовании следует считать режим, который обеспечивает высокую производительность, наименьшую себестоимость и получение требуемого качества шлифованной поверхности.

Для определения режима шлифования:

  1. выбирается характеристика шлифовального круга и устанавливается его окружная скорость к;

  2. назначается поперечная подача (глубина резания t) и определяется число проходов, обеспечивающих снятие всего припуска. Подача варьируется в пределах 0,005…0,09 мм за двойной ход;

  3. назначается продольная подача в долях ширины круга Sпр=КВ, где К=0,4…0,6 для чернового, К=0,3…0,4 – для чистового шлифования;

  4. выбирается окружная скорость вращения детали д. При черновом шлифовании следует исходить из установленного периода стойкости круга (Т=25…60мин), при чистовом – из обеспечения заданной шероховатости поверхности. Обычно скорость вращения детали находится в пределах 40…80м/мин;

  5. подбирается охлаждающая жидкость;

  6. определяются силы резания и мощность, необходимые для обеспечения процесса шлифования. Мощность (кВт),необходимая для вращения круга, NkPzк/103, а для вращения детали NдPzд/(60103);

  7. выбранные режимы шлифования корректируются по паспорту станка. При нехватке мощности уменьшаются д или S, т.к. они влияют на мощность резания Nк и машинное время tм;

  8. проверяются условия бесприжогового шлифования по удельной мощности, приходящейся на 1 мм ширины круга: Nуд=Nк/В. Она должна быть меньше допустимой удельной мощности, приводимой в справочной литературе;

  9. подсчитывается машинное время.



стр.



Скачать файл (656 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru