Универсальное уравнение для процессов формообразования

ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Валерий Ламанский 5 лет назад Просмотров:

1 ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ 1

2 Понятия о системе резания как о совокупности одновременно совершаемых взаимосвязанных процессов Структурная схема процесса резания. Классификация методов обработки Процесс резания представляет собой совокупность физико-химических явлений, в которую входят кинематика процесса резания, пластические деформации и разрушения в зоне стружкообразования, напряженное состояние инструмента и заготовки, трение, тепловые, химические и др. явления, протекающие на контактных площадках режущего инструмента. Все они вместе взятые тесно связаны между собой и образуют единую систему резания. Структурная схема процесса резания определяет взаимосвязь между входными и выходными параметрами процесса, которые связаны между собой процессом резания (рис.1). Входные параметры характеризуют систему СПИД станок, приспособление, инструмент, деталь. Их можно разделить на 2 группы. Первая характеризует заготовку, параметры которой задаются конструктором ( деталь Д Т — ее материал и размеры) и технологом ( способ получения заготовки, припуск, точность). Вторая группа характеризует станок С Т, его параметры, схему обработки С Х, инструмент И Н, режимы резания Р Ж, приспособление П Р, технологическую среду С Р. Выходные параметры определяются как результат воздействия процесса резания на заготовку (они определяют ее эксплутационные характеристики: точность Т Ч, качество поверхностного слоя К П (шероховатость, наклеп)) и на инструмент (его стойкость С И, прочность П И ), а также характеризуют производительность Пр и экономичность Эк процесса резания. Процесс резания связывает между собой входные и выходные параметры. Рис.1. Структурная схема процесса резания 2

3 Способ обработки материалов определяется видом энергии подводимой в зону обработки (механической, электрической и др.). Соответственно различают механическую, электроэрозионную, электрохимическую, лазерную и др. виды обработки. Механическая обработка представляет собой процесс снятия стружки путем внедрения в поверхностный слой обрабатываемой заготовки режущего клина инструмента, который двигается под действием сил привода станка. Механическую обработку подразделяют на лезвийную и абразивную. Лезвийная обработка осуществляется одним или несколькими режущими клиньями, имеющими правильную геометрическую форму. Абразивная обработка осуществляется большим количеством абразивных зерен, имеющих неправильную геометрическую форму. Для осуществления процесса резания при механической обработке необходимо два движения: главное и вспомогательное (рис. 2). Главное движение D r определяет скорость снятия материала с заготовки и имеет наибольшую скорость ; вспомогательное движение или движение подачи Ds обеспечивает непрерывность врезания режущего инструмента в срезаемый слой заготовки. Векторная сумма этих двух движений называется результирующим движением резания Д е. Соответственно скорости этих движений будем обозначать как V, Vs, V е. Рис.2. Элементы движений в процессе резания при точении Совокупность относительных движений инструмента и заготовки, необходимая для получения заданных поверхностей называется кинематической схемой процесса резания (рис. 2). 3

4 Большое разнообразие возможных комбинаций процесса резания можно классифицировать по следующим признакам: Рис. 2. Схема свободного (а) и несвободного (б) резания 1) По количеству участвующих в процессе резания режущих кромок: a) свободное резание — в работе принимает участие одна режущая кромка (рис.3, а). б) несвободное резание в работе участвуют две и более сопряженных между собой режущих кромок (рис.3, б). 2) По ориентации главной режущей кромки относительно вектора скорости резания (рис. 4): а) прямоугольное резание, если вектор скорости главного движения перпендикулярен режущей кромке. б) косоугольное резание, когда вектор скорости главного движения не перпендикулярен режущей кромке. Рис. 4. Схема прямоугольного (а) и косоугольного (б) резания: 1 резец, 2 заготовка, 3 стружка, 4 главная режущая кромка резца 4

5 3) По количеству одновременно участвующих в работе режущих клиньев (лезвий): a) однолезвийная обработка (точение, строгание); б) многолезвийная обработка (фрезерование, зенкерование). 4) По форме сечения срезаемого слоя: a) резание с постоянным сечением срезаемого слоя (точение, сверление); б) резание с переменным сечением срезаемого слоя (фрезерование). 5) По времени контакта режущего лезвия с обрабатываемой заготовкой: a) непрерывная обработка (точение); б) прерывистая обработка (фрезерование). 6) По характеру контактных деформаций стружки: a) резание без вторичных пластических деформаций; б) резание со вторичными пластическими деформациями без разрушения контактного слоя стружки; с) резание со вторичными деформациями контактного слоя стружки и его разрушением (резание с наростом). 7) По непрерывности процесса стружкообразования: a) резание с образованием сливной стружки; б) резание с образованием стружки скалывания. Элементы режима резания. Геометрия срезаемого слоя К элементам режима резания относятся: скорость резания, подача, глубина резания (рис. 2 и 5). Рис. 5. Схема к определению элементов режима резания и геометрии срезаемого слоя 5

6 Скорость резания, V [м/мин] путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки в единицу времени относительно режущей кромки инструмента Dn V, 1000 где n частота вращения (об/мин), D диаметр обрабатываемой поверхности, (мм). Подача, S величина перемещения режущей кромки резца в направлении движения подачи (D S ). Рассматривают подачу на оборот Sо, [мм/об] перемещение режущей кромки резца в направлении движения подачи за один оборот заготовки; минутную подачу S мин или скорость движения подачи V S [мм/мин] — перемещение режущей кромки резца в направлении движения подачи за одну минуту: S мин =V S = S 0 n. Глубина резания, t величина слоя материала снимаемого за один проход инструмента, рассматриваемого как расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями: где D o диаметр обработанной поверхности, (мм). Основное технологическое время, Т о. Это время затрачиваемое непосредственно на процесс снятия стружки: T 0 = L/Vs = Т, 0 y l S n где (рис. 6) L длина пути резания инструмента в направлении движения подачи, мм: l длина обработанной поверхности, мм; у — величина врезания инструмента, мм; — величина перебега инструмента, мм. 0 Рис. 6. Схема для определения элементов режима резания К геометрии срезаемого слоя относятся: ширина срезаемого слоя, толщина срезаемого слоя и площадь срезаемого слоя (рис. 5). 6

7 Ширина срезаемого слоя, b расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями измеренное вдоль главной режущей кромки: t b. sin Толщина срезаемого слоя, a расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания: a=s о sin. Площадь срезаемого слоя, F: F=S о t=ab. Рассматривают номинальную площадь срезаемого слоя АВДК, действительную АЕДК и остаточную АВЕ. Остаточная площадь срезаемого слоя определяет расчетную (геометрическую) высоту микронеровностей. Для этого, выделим на рис. 5 треугольник АВЕ (рис. 7). Рис. 7. Схема к определению высоты микронеровностей h высота расчетной (геометрической) микронеровности. Из треугольника АВЕ имеем: h h tg 1 ; tg. AN NB AB=S о =h/tg 1 + h/tg = h(ctg 1 + ctg ). При радиусе при вершине резца не равном нулю (r 0) величину h можно рассчитать по формуле: 2 So h. 8r Назначение геометрии режущего инструмента Геометрия проходного резца Резец состоит из рабочей части I и тела II, служащего для закрепления его в резцедержателе (рис. 8). 7

8 Рис. 8. Рабочие поверхности токарного резца Режущая часть образована заточкой следующих поверхностей: 1 передняя поверхность, поверхность по которой сходит стружка; 2 главная задняя поверхность; 3 вспомогательная задняя поверхность; 4 главная режущая кромка образуется пересечением передней и главной задней поверхностей; 5 вспомогательная режущая кромка образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей; 6 вершина резца образуется пересечением главной и вспомогательной режущих кромок. В процессе обработки на заготовке различают следующие поверхности (рис. 9): Рис. 9. Поверхности, образованные на заготовке при точении 1 обработанная поверхность, это поверхность, полученная после снятия стружки; 2 поверхность резания, которая образуется на заготовке непосредственно режущей кромкой инструмента; 3 — обрабатываемая поверхность поверхность, с которой снимается стружка. 8

9 Углы режущего инструмента Углы рассматриваются в трех системах координат: — инструментальной (ИСК); статической (ССК); кинематической (КСК). Инструментальная система прямоугольная система координат с началом в вершине режущего инструмента и ориентированная относительно пов ерхностей инструмента принятых за базу. Применяется для изготовления, заточки и контроля инструмента. Статическая система прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки и ориентированная относительно направления вектора скорости главного движения (V). Применяется для приближенных расчетов углов инструмента и для учета их изменения при установке инструмента на станок. Кинематическая система прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки и ориентированная относительно направления вектора скорости результирующего движения (V e ). Для определения углов рассматривают следующие плоскости (рис. 2 и 10): 1. Основная плоскость P v плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению вектора скорости главного движения (V) (в ССК) или результирующего движения резания (V e ) (в КСК). В инструментальной системе координат за направление вектора скорости резания принимается перпендикуляр к конструкторской установочной базе резца (прямоугольного сечения). Основную плоскость в инструментальной системе координат будем обозначать Рvи, в статической — P VС, в кинематической — P VК. 2. Плоскость резания P n плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости (соответственно — P nи, P nс, P nк ). 3. Главная секущая плоскость P — плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания (перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость) (соответственно Рτи, Рτс, Рτк). 4. Вспомогательная секущая плоскость P 1 плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость (соответственно Рτ1и, Рτ1с, Рτ1к). 5. Рабочая плоскость P s плоскость, в которой расположены векторы скоростей главного движения и движения подачи. В ИСК это плоскость III III, перпендикулярная плоскостям I I и II — II. Углы резца разделяются на главные (измеряются в главной секущей плоскости), вспомогательные углы (измеряются во вспомогательной секущей плоскости) и углы в плане (измеряются в основной плоскости) (рис. 10). К главным углам относятся: — передний угол; — главный задний угол; — угол резания; — угол заострения. 9

10 Рис. 10. Углы токарного резца в статической системе координат К вспомогательным углам относятся: 1 вспомогательный передний угол; 1 вспомогательный задний угол. К углам в плане относятся: — главный угол в плане; 1 вспомогательный угол в плане; — угол при вершине. Кроме того, рассматривают угол наклона главной режущей кромки, который измеряется в плоскости резания. В различных системах координат определение углов аналогичны углам и плоскостям, которые их образуют и в которых они рассматриваются, присваивается обозначение системы координат, например и, с, к и т.п. Поэтому рассмотрим общие определения углов. 10

11 Передний угол — угол между основной плоскостью и передней поверхностью инструмента (может быть положительным, отрицательным или равным нулю); главный задний угол — угол между плоскостью резания и главной задней поверхностью; угол резания — угол между передней поверхностью и плоскостью резания; угол заострения — угол между передней и главной задней поверхностью; 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 рабочей плоскостью; угол при вершине — угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. угол наклона главной режущей кромки — угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью; вспомогательный задний угол 1 и передний угол 1 определения аналогичны определениям углов и. ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Изменение углов резца в зависимости от положения его вершины относительно оси центров Как уже было сказано выше, изменение углов резца при установке его на станок рассматривают в статической системе координат. Рассмотрим случай, когда вершина резца расположена ниже оси центров на величину h (рис. 11), а углы и равны нулю. При расположении вершины резца по центру заготовки передний и главный задний углы соответственно равны и. Если вершину резца опустить ниже оси с с заготовки на величину h, то статическая система координат повернется на угол μ и углы будут соответственно равны ‘ и ‘. с с Из рисунка видно, что угол уменьшился, а угол увеличился на величину угла μ. Соответственно уг лы ‘ и ‘ будут равн ы: с с с с с arcsin h ; D 2 11

12 ‘ c arcsin с с h ; D 2 Рис. 11. Изменение углов резца при установке его на станок Если угол будет отличен от нуля ( 0), угол можно найти как sin sin cos. Тогда arcsin h cos ; c c D 2 h arcsin cos c с D. 2 Если вершина резца будет расположена выше оси центров, знаки в формулах для определения углов и меняются на противоположные. ‘ с Кинематическое изменение углов резца Рассмотрим кинематическое изменение углов проходного упорного резца при токарной обр аботке с продольной подачей ( 90, 0 ) (рис. 12). При отсутствии движения подачи D S углы резца рассматриваются в статической системе координат и соответственно равны и. В результате суммирования двух движений главного Dr и подачи Ds статическая система координат поворачивается на угол τ и переходит в ‘ с с с 12

13 кинематическую систему координат, которая уже ориентирована относительно направления вектора скорости результирующего движения (Ve), а углы будут равны и. к к Рис.12. Кинематическое изменение углов резца при точении с продольной подачей Как видно из рисунка, передний угол увеличился, а главный задний угол уменьшился на величину угла τ: Величину угла можно найти как С учетом этого к к S arctg ; с D S arctg. с D о ( 90 ), то величина угла Если угол будет отличен от 90 будет равна а выражение для определения углов и будут равны: к к к с к S arctg sin ; D S arctg sin ; с D 13

14 Для обычных условий обработки угол τ имеет небольшое значение и им можно пренебречь, но в случае нарезания резьбы или при обработке с большими подачами эти изменения нужно учитывать. Токарная обработка с поперечной подачей Рис.13. Кинематическое изменение углов резца при точении с поперечной подачей (отрезка заготовки) По аналогии с предыдущим случаем, имеем (рис.13): к к с с S arctg ; с D S arctg. с D Из полученных выражений следует, что главный задний угол надо выбирать таким, чтобы на любом диаметре угол αк был больше нуля. Предпосылки, положенные в основу оптимальной геометрии инструмента Для рациональной эксплуатации режущего инструмента он должен быть наделен оптимальной геометрией. Под оптимальной геометрией понимается такое сочетание формы передней поверхности и значений углов режущей части, которое обеспечивает: достаточную прочность режущего клина инструмента; заданное качество обработанной поверхности; минимальные усилия резания; снижение износа инструмента. 14

15 Назначение и выбор переднего угла Передний угол может быть положительным, отрицательным и равным нулю (рис.14). Рис.14. Передний угол резца: положительный(а), равный нулю (б), отрицательный (в) Передний угол предназначен для облегчения процесса резания. При увеличении положительного переднего угла снижается деформация обрабатываемого материала и силы резания, но с другой стороны снижается прочность режущего клина, т.к. уменьшается угол заострения (рис. 15). Передний угол оказывает влияние на величину и направление силы резания, прочность режущего клина и период стойкости инструмента. Передний угол для инструмента из быстрорежущей стали всегда пол ожительный или равен нулю. Для инструмента из твердого сплава он Рис. 15. Схема к объяснению назначения переднего угла может быть как положительным, так и отрицательным. Отрицательные передние углы для твердосплавного инструмента мера вынужденная и связана с низкой прочностью на изгиб твердого сплава. Т. о. передний угол выбирается из предпосылок: с одной стороны он должен как можно больше облегчать процесс резания, с другой обеспечивать достаточную прочность режущего клина инструмента. Назначение и выбор заднего угла Задний угол предназначен для снижения трения на задней поверхности инструмента. Он оказывает влияние на прочность режущего клина, период 15

16 стойкости инструмента, качество обработанной поверхности. С увеличением заднего угла уменьшаются силы резания, высота микронеровностей, повышается период стойкости инструмента, но снижается прочность режущего клина из-за уменьшения угла заострения. Рис. 16. Схема к объяснению назначения заднего угла Задний угол выбирается из тех же предпосылок, что и передний угол. С точки зрения процесса резания нужно создавать как можно большие задние углы, но с другой стороны это снижает прочность режущего клина инструмента. При чистовой (окончательной) обработке необходимо выбирать большие задние углы, чем при черновой (предварительной). При черновой обработке и снятии большого слоя материала важна прочность режущего клина и, следовательно, задние углы должны быть меньше. Выбор угла наклона главной режущей кромки Угол наклона главной режущей кромки ( ) оказывает влияние на шероховатость обработанной поверхности, т.к. определяет направление схода стружки, и прочность режущего клина инструмента. Рис. 17. Угол наклона главной режущей кромки: положительный (а), равный нулю (б) и отрицательный (в) Угол может быть положительным, отрицательным, равным нулю (рис. 17). Угол λ является отрицательным, когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки, положительным наинизшей точкой. Ес ли угол =0 стружка будет сходить в сторону уже обработанной поверхности, так как скорость резания (а, следовательно, и скорость стружки) в т. В > скорости резания в т. А (рис. 18,а). Такое направление схода стружки будет ухудшать шероховатость обработанной поверхности. 16

17 Если угол будет положительным, стружка тем более будет сходить в сторону уже обрабатываемой поверхности, так как в эту сторону направлен вектор скорости Vр (рис.18, б). Рис.18. Влияние угла наклона главной режущей кромки на направление схода стружки (вид по стрелке «В» увеличен) В случае отрицательного угла, стружка будет сходить в направлении вектора скорости V Р в сторону обрабатываемой поверхности (рис.19,в). Следовательно, при чистовой обработке должен быть отрицательным, при черновой положительным или равным нулю. С точки зрения прочности режущего клина инструмента необходимо выбирать углы положительные или равные нулю. Это связано с тем, что при отрицательном угле наибольша я нагрузка приходится на вершину резца, которая является наименее прочным местом режущей части. При положительном угле или равном нулю нагрузка приходится не на вершину резца, а на удаленное от нее место режущей кромки, которое более прочно, чем вершина. Выбор главного и вспомогательного углов в плане Эти углы оказывают влияние на шероховатость обработанной поверхности и на износ инструмента. Уменьшение углов и 1 приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности и повышению периода стойкости инструмента, но в то же время — к увеличению силы отжимающей резец от заготовки (сила Р у ), что может привести к возникновению вибраций. Поэтому гла вный угол в плане должен выбираться исходя из жесткости заготовки. 17

18 При чистово й обработке жестких заготовок угол φ необходимо брать меньше, чтобы обеспечить более высокую работоспособность инструмента и меньшую высоту микронеровностей обработанной поверхности, при обработке нежестких заготовок необходимо учитывать вероятность возникновения вибраций (для уменьшения составляющей силы резания Ру следует увеличивать главный угол в плане). Вспомогательный угол в плане для резцов обычно берется в пределах о. Выбор радиуса при вершине резца Влияние радиуса при вершине на процесс резания аналогично влиянию главного угла в плане. Увеличение радиуса влечет за собой увеличение силы резания, отжимающей резец от заготовки, что может привести к возникновению вибраций; увеличение радиуса уменьшает высоту микронеровностей обработанной поверхности. Форма передней поверхности Передняя поверхность оформляется в двух вариантах плоской и криволинейной (рис. 19). 1) Плоская форма передней поверхности применяется для обработки твердых и хрупких материалов (чугун, бронза и др.). Рис. 19. Форма передней поверхности резцов 2) Криволинейная — для обработки вязких и мягких материалов (сталь и др.). Канавка радиусом R предназначена для завивания стружки. Для упрочнения режущего клина на передней поверхности инструмента делается фаска f. Для твердосплавного инструмента фаска располагается под отрицательным углом ( ( 3 5) ), для быстрорежущего под f f положительным или равным нулю. 18

19 Инструментальные материалы Требования, предъявляемые к инструментальным материалам 1. Для того чтобы режущий клин инструмента, не деформируясь, мог сре зать слой обрабатываемого материала, твердость инструментального материала должна значительно превосходить твердость обрабатываемого материала. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых к инструментальному материалу, является его высокая твердость. 2. Высок ие механические нагрузки на режущий клин инструмента требуют, чтобы инструментальный материал обладал достаточной механической прочностью. Режущий клин инструмента должен выдерживать высокие напряжения без хрупкого разрушения и заметного пластического деформирования. Так как инструмент может работать в условиях знакопеременных (циклических) нагрузок (прерывистое резание, непрерывное резание с переменным припуском или твердыми включениями на поверхности заготовки и т.д.), поэтому, желательным требованием к инструментальному материалу, наряду с механической прочностью на сжатие и изгиб, является высокая сопротивляемость разрушению при знакопеременном нагружении (высокий предел выносливости). 3. В процессе резания контактные площадки инструмента подвергаются высокому температурному воздействию (до о С), что может привести к температурному разупрочнению и потере твердости инструментального материала. Поэтому следующим важным требованием к инструментальному материалу является его способность сохранять свою твердость и прочностные характеристики при повышенных температурах, соответствующих температурам резания. Обычно это свойство инструментального материала называют теплостойкостью, которая является важнейшим показателем качества инструментального материала. С учетом необходимости использования инструмента в условиях периодического изменения температуры (например, прерывистое резание) инструментальный материал должен быть малочувствительным к циклическим температурным изменениям. 4. Важным условием нормальной работы инструмента является снижение вероятности появления локальных термических напряжений на контактных площадках инструмента. Такая вероятность снижается по мере роста теплопроводности инструментального материала. Поэтому последний должен обладать достаточной теплопроводностью. 5. Весьма важным свойством инструментального материала является его способность сопротивляться истиранию при контактном взаимодействии с обрабатываемом материалом. Поэтому инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость. 6. Наряду с требованиями к физико-механическим и теплофизическим свойствам инструментального материала, необходимым условием 19

20 достижения достаточно высоких режущих свойств инструмента является низкая физико-химическая активность инструментального материала по отношению к обрабатываемому. 1. Углеродистые и легированные инструментальные стали Для изготовления режущего инструмента применяют высокоуглеродистые, высококачественные стали с содержанием углерода 0,9 1,3% (У9А, У10А, У12А и т. д.). Углеродистые инструментальные стали обозначаются буквой У, за ко торой следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в стали, умноженная на 0,1. Так в стали марки У10 массовое содержание углерода составляет 1%. Буква А в обозначении соответствует высококачественным сталям с пониженным массовым содержанием примесей. После полной термической обработки они имеют высокую твёрдость (61 63 HRC э ), что позволяет режущему инструменту, изготовленному из данных сталей, обрабатывать заготовки из углеродистых сталей и чугунов в отожжённом и нормализованном состоянии с твёрдостью HRC э. Из-за низкой теплостойкости (200 о С) режущий инструмент, изготовленный из них, работает на скоростях резания не выше м/мин. Износостойкость углеродистых сталей в указанном диапазоне скоростей резания может быть повышена путём легирования их небольшим количеством вольфрама, хрома, кремния и марганца. Такие инструментальные стали получили название легированных (9ХС, ХВГ, ХВ6 и др.). Легированные инструментальные стали обозначаются цифрой, характеризующая массовое содержание углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, то содержание углерода 1% ), за которой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г-марганец, Х-хром, С- кремний, В-вольфрам, Ф-ванадий), и цифры, обозначающие содержание элемента в процентах. Они обладают повышенн ой твёрдостью (HRC э 63 65), средняя теплостойкость 250 о С. Из легированных сталей изготавливают сложнопрофильные мелкоразмерные инструменты: развёртки, фасонные резцы, метчики, плашки. 2. Быстрорежущие стали Повышенная теплостойкость данных сталей предопределяется введением в их состав легирующих элементов (W, Mo, Cr, V и Co), образующих сложные карбиды, которые связывае т практически весь углерод. Поэтому коагуляция карбидов происходит при повышенных температурах и о теплостойкость стали повышается до С. Высокая твёрдость 20

21 быстрорежущих сталей (63 70 HRC э ), прочность на изгиб и сжатие связаны с превращением (переходом) остаточного аустенита в мартенсит, а также с дисперсионным упрочнением сталей в результате выделения карбидов, не растворившихся при закалки. Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующие карбидообразующим и легирующим элементам (В-вольфрам, М-молибден, Ф-ванадий, А-азот, К-кобальт). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах. Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента. По уровню теплостойкости быстрорежущие стали делятся на три группы: 1. Стали нормальной теплостойкости вольфрамовые быстрорежущие (Р18, Р9, Р12) и вольфрамомолибденовые быстрорежущие стали (Р6М5,Р8М3). 2. Стали повышенной теплостойкости вольфрамокобальтовые быстрорежущие (Р9К5, Р9К10, Р6М5К5), вольфрамованадивые быстрорежущие стали (Р12Ф3, Р6М5Ф3). 3. Стали высокой теплостойкости (В11М7К23, В14М7К25). Быстрорежущие стали нормальной теплостойкости. Стали данной группы имеют твердость в закаленном состоянии НRС э, теплостойкость о С. Режущие инструменты, изготовленные из сталей нормальной теплостойкости, используются при обработке заготовок из конструкционных сталей, чугунов, цветных сплавов и конструкционных пластмасс. Применяются стали дополнительно легированные азотом, например, Р6АМ5, которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает твердость стали и режущие свойства инструмента. Быстрорежущ ие стали повышенной теплостойкости. Повышение износостойкости и теплостойкости быстрорежущих сталей достигается дополнительным легированием их ванадием и кобальтом с соответствующим изменением содержания углерода. Стали данной группы характеризуются повышенным содержанием углерода. Твердость сталей в закаленном состоянии достигает НRCэ, теплостойкость сталей о С. Инструменты, изготовленные из сталей повышенной теплостойкости, используются при обработке заготовок из жаропрочных и нержавеющи х сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности. Быстрорежущие стали высокой теплостойкости (стали с интерметаллидным упрочнением). Данные стали характеризуются пониженным содержанием углерода (содержание С до 0,3%) и большим количеством легирующих элементов (В11М7К23, В14М7К25). Они имеют твердость НRC э и теплостойкость о С. 21

22 Инструмент, изготовленный из таких сталей, рекомендуют для обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. Экономнолегированные быстро режущие стали. В связи с возрастающей дефицитностью вольфрама и молибдена основных легирующих элементов, используемых при производстве быстрорежущих сталей, все большее применение находят стали с низким содержанием указанных элементов или не содержащие вольфрам, которые называют экономнолегированными. Среди сталей этого типа наибольшее применение получила сталь 11Р3М3Ф2, которая обладает достаточно высокими показ ателями по твердости (НRC э 63-64), прочности ( 3,4 ГПа) и теплостойкости (до 620 о С). Находит применение низколегированная безвольфрамовая сталь 11М5Ф (1,06% С; 5,5% Мо; 4,0% Сr; 1,5% V). Свойства стали 11М5Ф примерно на уровне соответствующих показателей стали Р6М5. Сравнительные исследования режущих свойств инструмента из экономнолегированных сталей показали, что по режущим свойствам ближе всех к стали Р6М5 наряду с 11Р3АМ3Ф2 стоят Р2М5 и 11М5Ф. Порошковые быстроре жущие стали. Порошковая быстрорежущая сталь характеризуется однородной мелкозернистой структурой, равномерным распределением карбидной фазы, пониженной деформируемостью в процессе термической обработки, хорошей шлифуемостью, более высокими технологическими и м еханическими свойствам и, чем стали аналогичных марок, полученных по традиционной технологии. В частности, были разработаны порошковые быстрорежущие стали ДИ 100 (Р7М2Ф6) и ДИ 106 (Р9М2Ф5К6-М1) по ГОСТ Инструменты, изготовленные и з указанных сталей, показали высокую эффективность в ходе многочисленных промышл енных испытаний. Карбидостали отличаются от обычных быстрорежущих сталей высоким содержанием карбидной фазы (в основном, карбидов титана), что достигается путем смешивания порошка быстрорежущей стали и мелкодисперсных частиц карбида титана. Содержание карбидной фазы в карбидостали колеблется от 30 до 70%. Пластическим деформированием, главным образом экструзией, из спрессованного порошка получают заготовки простой формы. В отожженном состоянии твердость карбидостали составляет НRC э 40-44, а после закалки и отпуска НRC э При использовании в качества материала режущего инструмента карбидосталь обеспечивает повышение стойкости в 1,5-2 раза по сравнению с аналогичными марками обычной технологии производства. В ряде случаев карбидосталь является полноценным заменителем твердых сплавов, особенно при изготовлении формообразующих инструментов. и 22

23 3. Твёрдые сплавы Твёрдые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов резанием. Стандартные твердые сплавы состоят из тугоплавких соединений (карбидов вольфрама, титана и тантала ) и связующей фазы (кобальт) и подразделяются на три группы: 1 однокарбидные (вольфрамовые, группа ВК, (WC + Co)); 2 двухкарбидные (вольфрамотитановые, группа ТК, (WC + TiC + Co)) ; 3 трёхкарбидные (вольфрамотитанотанталовые, группа ТТК, (WC + TiC + TaC + Co)). Обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В-вольфрам, Т-титан, вторая буква Т-тантал) и связку (К-кобальт). Цифра после буквы К обозначает массовую долю связки в процентах. Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100% и массовой долей связки. Например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта и 96% WC. В двухкарбидных WC+TiC сплавах цифра после буквы карбидообразующего элемента обозначает массовую долю карбида этого элемента (TiC), а массовая доля карбида второго элемента (WC) определяется разницей между 100% и массовыми долями связки и карбида первого элемента (например, сплав Т5К10 содержит 5% ТiС, 10% Со и 85% WC). В трехкарбидных WC+ТiС+ТаС сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Массовая доля карбида вольфрама определяется разницей между 100% и массовыми долями связки и карбидов TiC и ТаС. Например, сплав ТТ7К12 содержит 12% Со, 7% карбидов титана и тантала (TiC+TaC) и 81% WC. Вольфрамо-кобальтовые твердые сплавы Вольфрамо-кобальтовые сплавы (ВК) состоят из карбида вольфрама и кобальта. Марки сплавов этой группы различаются по содержанию в них кобальта, размерами зерен карбида вольфрама (WC) и технологией изготовления. Для оснащения режущего инструмента применяются сплавы с содержанием кобальта от 3% до 10% весовых. ВК3, ВК3-М, ВК6, ВК6-М, ВК6- ОМ, ВК8, ВК10-ХОМ. Сплавы ВК имеют самую высокую прочность на изгиб, ударную вязкость и трещиностойкость. Теплостойкость сплавов данной о группы 800 С. При увеличении в сплавах содержания кобальта в рассматриваемом диапазоне предел прочности при поперечном изгибе и эксплуатационная прочность при резании возрастают, в то время как твердость и износостойкость уменьшаются. Так, сплав ВК3 с минимальным содержанием кобальта, как наиболее износостойкий, но наименее прочный, рекомендуют для чистовой обработки с максимально допустимой скоростью резания, а 23

24 сплавы ВК8 и ВК10 для черновой обработки с пониженной скоростью резания и увеличенным сечением среза в условиях ударных нагрузок. Вольфрамокобальтовые сплавы рекомендуются преимущественно для обработки материалов, дающих дискретные типы стружек (элементная, стружка надлома): чугуны, цветные материалы, стеклопластики, фарфор и труднообрабатываемые материалы (коррозионностойкие, высокопрочные стали, жаропрочные сплавы на основе никеля и титана и т.д.). Для чистовой обработки рекомендуются сплавы, имеющие большую износостойкость (с малым содержанием кобальта и большим содержанием карбида вольфрама). При черновой обработке используются более прочные сплавы с большим содержанием кобальта и соответственно меньшим содержанием карбида вольфрама. Совершенствование вольфрама-кобальтовых твердых сплавов (WC-Co) связано с разработкой сплавов особомелкозернистой (размер зерна 1 мкм) (например, ВК3-М и ВК6-М) и ультрамелкозернистой структуры (размер зерна 0,1 0, 5 мкм) (например, ВК6-ОМ и ВК10-ОМ, ВК10-ХОМ), созданием сплавов со связками повышенной прочности и теплостойкости (например, ВРК15). Уменьшение размера зерен обеспечивается добавками карбида тантала (около 2%) и ванадия (0,1%) и хрома, которые препятствуют росту зерен карбида вольфрама при спекании. Использование твердых сплавов ультра- и особомелкозернистой структуры позволяет получить радиус округления режущих кромок инструмента в пределах 5-10 мкм, что соответствует радиусу округления для инструмента из углеродистой и быстрорежущей сталей и обеспечивает получение более малой высоты микронеровностей обработанной поверхности и размерной точности. Кроме того, такие сплавы имеют более высокую однородность зере н по объему, что делает ультра- и особомелкозернистые сплавы наиболее пригодными для изготовления мелкоразмерного цельнотвердосплавного инструмента (сверла, концевые фрезы, резьбонарезной инструмент и т.д.). Титановольфрамовые твердые сплавы Титановольфрамовые сплавы (ТК) состоят из карбидов WC, сложного карбида TiWC и кобаль та. Сплавы данной группы выпускают главным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. По сравнению со сплавами ВК они обладают большей стойкостью против окисления, твердостью и теплостойкостью (теплостойкость сплавов ТК

900 о С, сплавов ВК

800 о С), в то же время имеют меньшую теплопроводность и электропроводность, а также меньший модуль упругости. Высокая твердость твердых сплавов данной группы связана с более высокой твердостью карбида (Ti,W)C по сравнению с карбидом WC. Повышенная способность титановольфрамовых сплавов сопротивляться адгезионно-усталостному изнашиванию объясняется тем, что температурный порог их схватывания со сталью существенно выше, чем у сплавов WC-Co. 24

25 Содержание карбида титана колеблется в пределах 5-30%, кобальта от 4 до 10%, например, Т5К10, Т14К8, Т15К6. Так же, как и у сп лавов WC-Co, с ростом содержания коба льта предел прочности при изгибе и сжатии, а также ударная вязкость у сплавов ТК увеличивается, а твердость и износостойкость снижаются. Благодаря высокой твердости и теплостойкости сплавы данной группы предназначены для обработки заготовок из конструкционных сталей. Так же, как и для сплавов ВК, в условиях чистовой и получистовой обработки заготовок из конструкционных сталей применяются сплавы с высоким содержанием карбидов и меньшим содержанием кобальта. При черновой обработке, наоборот с большим содержанием кобальта. Титано-тантало-вольрамовые твердые сплавы Промышленные титано-тантало-вольфрамовые твердые сплавы (сплавы ТТК) состоят из трех основных фаз: твердого раствора (Ti, W, Ta)С, карбида вольфрама и твердого раствора на основе кобальта. Введение в сплавы карбида тантала улучшает их физико-механические и эксплуатационные свойства, что выражается в увеличении прочности при изгибе и твердости при комнатной и повышенной температурах, увеличении работы деформации при повышенных температурах. Карбид тантала в сплавах снижает ползучесть, существенно повышает предел усталости трехфазных сплавов при циклическом нагружении, а также повышает термостойкость и стойкость против окисления на воздухе. Различают следующие сплавы этой группы ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ7К12, ТТ20К9, в которых содержание карбида тантала колеблется от 2 до 12%. Сплавы ТТК рекомендуют для тяжелой обработки, резания труднообрабатываемых материалов, сталей и чугунов при значительном термомеханическом нагружении инструмента, а также операций прерывистого резания, особенно фрезерования, отличающихся переменным сечением среза и циклическими термомеханическими нагрузками на режущую часть инструмента. Безвольфрамовые твердые сплавы В связи с высокой дефицитностью основных компонентных составляющих твердого сплава и, прежде всего, W и Со разработаны безвольфрамовые (БВТС ) сплавы на основе карбидов или карбидонитрпидов титана с никель-молибденовой связкой. Например, ТН20 (TiC 79 %, Ni 15 %, Mo 6 %), КНТ16 (TiCN 74 %, Ni 19,5 %, Mo 6,5 %). Сплавы отличаются высокой твердостью, окалиностойкостью, имеют низкий коэффициен т трения стали и пониженную склонность к адгезионному взаимодействию, что уменьшает износ инструмента, особенно по передней поверхности, позволяет получить при обработке сталей низкую шероховатость обработанной поверхности и высокую размерную точность. Вместе с тем, БВТС в сравнении со стандартными вольфрамосодержащими сплавами имеют более низкий модуль упругости, меньшую теплопроводность и ударную вязкость, поэтому они хуже сопротивляются 25

26 ударным и тепловым нагрузкам, упругим и пластическим деформациям, имеют пониженную жаропрочность, более интенсивно разупрочняются при повышенных температурах. БВТС рекомендуется использовать, главным образом, для чистовой и получистовой обработке ( точение, фрезерование) углеродистых и легированных сталей с высокой скоростью резания и относительно небольшим сечением среза взамен титановольфрамовых сплавов. В соответствии с рекомендациями международной организации стандартов (ISO) твердые сплавы классифицируют на шесть групп резания Р, М, К, S, N, H, которые, в свою очередь, делятся на подгруппы применения в зависимости от условий обработки: Р углеродистые стали в состоянии поставки и термообработанные, твердостью до 43 HRC; М нержавеющие ста ли ; К чугуны (кроме отбеленных высокой твердости); S (бежевый) титановые сплавы и жаропрочные сплавы на основе никеля, кобальта и т.д. N вязкие сплавы на основе алюминия и меди, а также неметаллические материалы (пластики, не содержащие абразивных включений); Н (серый) материалы высокой твердости (стали твердостью свыше 43 HRC, отбеленные чугуны, графит, композиты на основе углепластиков, термообработанный поликарбонат и пр.). Чем больше индекс подгруппы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допускаемая скорость резания, но выше прочность (уд арная вязкость) и допустимая подача и глубина резания. Таким образом, малые индексы соответствуют чистовым операциям, когда от твердых сплавов требуется высокая износостойкость и малая прочность, а большие индексы соответствуют черновым операциям, т.е. когда твердый сплав должен обладать высокой прочностью. В связи с этим каждая марка имеет свою предпочтительную область применения, в которой она обеспечивает максимальные работоспособность сплава и производительность процесса обработки. Границы подгруппы применения определяются ориентировочно и неоднозначно. Поэтому ряд марок твердых сплавов могут хорошо работать в двух-трех подгруппах применения (например, сплав Т15К6 Р10, Р15, Р20) или даже в различных группах применения (например, сплав ВК8 К30, К40, М30). 4.Минералокерамика (режущая керамика) Различают несколько групп минералокерамики: оксидную (белая керамика) на основе Al 2 O 3 (Евростандарт А1 pure ceramic) (ЦМ332, ВШ75, ВО-13), оксиднокарбидную (черная керамика) на основе композиции Al 2 O 3 ( 60 %)-TiC (40 %) (Евростандарт А 2 mixed ceramic) (ВОК-63, ВОК- 71), оксидонитридную (кортинит) на основе Al 2 O 3 (70 %)-TiN (30 %) (ОНТ- 26

27 20) и нитридокремниевую керамику на основе Si 3 N 4 (Евростандарт В reinforced ceramic) (РК-30). Основной особенностью режущей керамики является отсутствие связующей фазы, что значительно снижает степень ее разупрочнения при нагреве в процессе изнашивания (теплостойкость порядка С), повышает пластическую прочность, что и предопределяет возможность применения высоких скоростей резания, намного превосходящих скорости резания инструментом из твердого сплава. Если предельны й уровень скоростей резания для твердосплавного инструмента при точении сталей с тонкими срезами и малыми критериями затупления составляет м/мин, то для инструмента, оснащенного режущей керамикой, этот уровень увеличивается до м/мин. Отсутствие связующей фазы оказывает и отрицательное влияние на эксплуатационные свойства керамического инструмента. В частности, снижаются хрупкая прочность, ударная вязкость, трещиностойкость (напряжение на изгиб МПа). Это оказывает сильное влияние на характер изнашивания керамического инструмента. В настоящее время керамический инструмент рекомендуют для чистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и высоколегированных сталей, в том числе улучшенных, термообработанных (HRC э до 55-60), цветных сплавов, конструкционных полимерных материалов (К01-К05, Р01-Р05) при условии высоких требованиях к жесткости технологической системы и державок режущего инструмента. В указанных условиях инструмент, оснащенный пластинами из режуще й керамики, заметно превосходи т по работоспособности твердосплавный инструмент. Применения керамического инструмента при обработке с повышенными значениями сечений среза (t S), при прерывистом резании резко снижает его эффективность вследствие высокой вероятности внезапного отказа из-за хрупкого разрушения режу щей части инструмента. Во многом это объясняет сравнительно низкий объем используемого в промышленности страны керамического инструмен та (до 0,5% от общего объема режущего инструмента), для развитых стран Запада этот объем составляет от 2 д о 5%. Высокоэффективная эксплуатация инструмента, оснащенного режущей керамикой, возможна только при тщательно обработанной технологии его заточки и доводки, так как внесение опасных поверхностных дефектов в процессе заточки может служить причиной резкого снижения прочности пластин из керамики. Вместе с тем следует отметить, что даже использование самых совершенных методов заточки и доводки керамического инструмента не исключает возможность появления на обработанной поверхности опасных дефектов (термических трещин, протяженных полей со сформированными полями растягивающих напряжений, м икроскол и т.д.). В этом случае следуе т использовать методы 27

28 дополнительной обработки керамического инструмента с целью ликвидации или «залечивания» поверхностных дефектов. Одним и з таких методов является нанесени е на рабочие поверхности керамического инструмента износостойких покрытий. Для повышения надежности инструмента из режущей керамики используют также следующие методы: увеличение толщины пластин, формирование упрочняющей фаски на режущей кромке и изготовление слоистых режущих пластин (керамика твердый с плав, керамика твердый сплав керамика и т.д.). Анализ тенденци й развития керамического режуще го инструмента свидетельствует о больших перспективах этого инструмента в ближайшем будущем, причем увеличение общего объема выпуска керамического инструмента взаимосвязано с совершенствованием технологии производства, оптим изацией состава традиционных марок керамики, широким применением армированной керамики и расширением области применения инструмента на основе нитрида кремния. 5. Сверхтвердые синтетические поликристаллические инструментальные материалы (СТМ) К сверхтвердым синтетическим поликристаллическим инструментальным материалам (ПСТМ) относят синтетические и природные алмазы и композиционные материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ). В основе технологии изготовления поликристаллов лежат два различных процесса: фазовый переход вещества из одного состояния в другое (синтез) или спекание мелких частиц заранее синтезированного порошка ПСТМ. В нашей стране первым способом получают поликристаллический нитрид бора (ПКНБ), а также поликристаллический алмаз (ПКА). Прежде, чем синтезированные спеки ПКНБ и ПКА могут быть использованы в качестве металлор ежущих инструментов, они должны быть разрезаны электроэрозионным или лазерным способом на многогранные пластины стандартных размеров или фрагменты произвольной формы и отшлифованы. Фрагменты запаивают либо в вершины корпусов стандартных твердосплавных пластин, либо в напайные инструменты. ПСТМ принципиально новые, как по технологии изготовления, так и по условиям эксплуатации инструментальные материалы. Ими можно обрабатывать изделия при скоростях резания на порядок выше скоростей, допускаемых при использовании твердосплавных инструментов и даже инструментов из керамики. 28

29 ПКА имеет твердость ГПа, которая до 5 раз превышает соответствующий показатель для твердых сплавов, обладает хорошей теплопроводностью, большим модулем упругости и низким коэффициентом трения к цветным металлам, но, как и все высокотвердые материалы обладает достаточно низкими прочностными характеристиками. Теплостойкость ПКА составляет о С (при более высоких температурах алмаз теряет режущие свойства). Инструменты, оснащенные режущими вставками из ПКА, применяют в основном при тонком точении цветных металлов и сплавов, н е содержащих углерод и железо. По твердости ПКНБ несколько уступает алмазу, но имеет более высокую теплостойкость, доходящую до 1500 С, и практически инертен по отношению к углероду и железу. Как и алмаз, ПКНБ имеет повышенную хрупкость и низкую прочность на изгиб. Инструменты, оснащенные режущими вставками из ПКНБ, применяют, главным образом, для обработки металлов, содержащих углерод и железо. Практик а показывает, что во многих случаях точение инструментами из ПСТМ намного эффективнее процесса шлифования, так как такие инструменты обеспечивают бесприжоговую обработку при работе на высоких скоростях резания и низкую шероховатость обработанной поверхности. Рис. 20. Классификация инструментальных материалов по их свойствам В целом можно отметить, что основная область эффективного применения лезвийных инструментов из ПСТМ автоматизированное производство на базе станков с ЧПУ, многоцелевых станков, автоматических линий и специальных высокоскоростных станков. При этом выбор конкретной скорости резания определяется величиной снимаемого припуска, 29

30 возможностями оборудования, наличием ударных нагрузок в процессе резания и многими другими факторами. При относительно низких скоростях резания и, как следствие, при низких температурах у ПСТМ преобладают адгезионно-усталостный и абразивный виды изнашивания, а при высоких скоростях резания может протекать диффузионный износ. При неблагоприятных условиях резания могут наблюдаться выкрашивания мелких частиц режущих кромок, а также сколы на передней и задних поверхностях. Например, для точения с ударами и фрезерования закаленных быстрорежущих сталей и сталей с высоким содержанием хрома применять инструменты из ПСТМ вообще не рекомендуется. На рис. 20 представлена классификация инструментальных материалов, предназначенных для изготовления лезвийных инструментов, по их прочности и твердости. Как видно, ни в одной группе нет материала с оптимальным сочетания таких свойст в как удельная вязкость, прочность, трещиностойкость с одной стороны и твёрдость, износостойкость и теплостойкость с другой стороны. Кроме того, видно, что необходимо стремиться к такому идеальному инструментальному материалу, в котором удачно сочетаются вышеперечисленные свойства. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Абразивные материалы применяются для изготовления шлифовального инструмента. К ним предъявляются следую щие требования: высокая твердость и износостойкость, высокая теплостойкость, способность при дроблении образовывать острые кромки. Абразивные материалы делят на две группы: естественные и искус ственные. К естественным относят корунд, наждак, кварц. Корунд (до 95 % AI ) приме няется в виде порошков, паст, для притирки и доводочных работ. Наждак (основа AI20 3, в лучших образцах до 60 %) и кварц применяются в виде брусков для ручных работ. К искусственным абразивным материалам относятся: электрокорунд, карбид кремния и карбид бора. Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия AI 2 0 3, получаемую путем электроплавки бокситов, которые состоят в основном из окиси алюминия и некоторых примесей. Чем больше окиси алюминия, тем выше твердость электрокорунда. В зависимости от содержания AI 2 03 и технологии изготовления электрокорунд классифицируют: электрокорунд нормальный (содержит % AI ): марки 16А, 15А, 14А, 13А, 12А; электрокорунд белый (содержит % AI ): марки 25А, 24А, 23А, 22А; монокорунд обладает более высокими механическими и режущими свойствами: марки 45А, 44А, 43А; сферокорунд состоит из 99 % AI и примесей. Имеет вид полых 30

Формообразование инструмента.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ. ..3

2. КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ. ..4

2.1 Исполнительные движения. ..4-5

2.2 Формообразование инструмента. ..5

2.3 Формообразование изделия. 5-6

2.4 Схемы резания. 6

2.5 Режим резания. 7-9

2.6 Геометрия инструмента. 9-12

2.7 Геометрия резания. 12-13

2.8 Геометрия срезаемого слоя. 13

2.9 Экономика резания. 13-14

3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. 15

3.1 Требования к инструментальным материалам. 15

3.2 Инструментальные стали. 15

3.3 Металлокерамические твердые сплавы. 15

3.4 Минералокерамика. 16

3.5 Сверхтвердые материалы. 16

3.6 Назначение инструментальных материалов. 16-17

4. ТОЧЕНИЕ, СТРОГАНИЕ И ДОЛБЛЕНИЕ. 18

4.1 Схемы резания. 18

4.2 Токарный, строгальный и долбежный станки. 18-20

4.3 Геометрия резцов. 21-26

4.4 Режим резания. 26-27

4.5 Параметры резания. 27-30

5. СВЕРЛЕНИЕ, ЗЕНКЕРОВАНИЕ И РАЗВЕРТЫВАНИЕ. 31

5.1 Схема резания. 31

5.2 Сверлильный станок. 31-32

5.3 Геометрия сверла, зенкера и развертки. 33-36

5.4 Режим резания. 36-37

5.5 Параметры резания. 37-40

6. ФРЕЗЕРОВАНИЕ. 41

6.1 Схемы резания. 41

6.2 Фрезерный станок. 41-43

6.3 Геометрия фрез. 43-45

6.4 Режим резания. 45-46

6.5 Параметры резания. 46-49

7. ПРОТЯГИВАНИЕ. 50

7.1 Схема резания. 50

7.2 Геометрия протяжки. 51-53

7.3 Режим резания. 53

7.4 Параметры резания. 59-54

8. ШЛИФОВАНИЕ. 55

8.1 Схемы резания. 55

8.2 Шлифовальные станки. 56

8.3 Характеристика шлифовального круга. 56-59

8.4 Режим резания. 59-60

8.5 Параметры резания. 60-61

9. РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ. 62

9.1 Схемы резания. 62

9.2 Геометрия метчика. 62-65

9.3 Режим резания. 66

9.4 Параметры резания. 66

10. ЗУБОНАРЕЗАНИЕ. 67

10.1 Схемы резания. 67

10.2 Зуборезные станки. 67-73

10.3 Геометрия зуборезного инструмента. 73-75

10.4 Режим резания. 75-76

10.5 Параметры резания. 76

ВВЕДЕНИЕ

В машиностроении применяются различные виды формообразующей обработки материалов: литье, давление, резание, а также сварка и резка. Развитию резания способствовало повышение требований к качеству изделий, так как только резание, уступая иногда по производительности, обеспечивает наивысшее качество изделий.

Резание — управляемый процесс локальной пластической деформации и разрушения материала инструментом с целью получения изделия заданного качества. Резание сопровождается затуплением инструмента.

Управление резанием осуществляется путем воздействия на него и контроля его состояния.

Факторы резания — независимые переменные физические величины, характеризующие воздействие на резание.

К факторам резания относятся: свойства обрабатываемого и инструментального материалов, геометрия инструмента и режим резания.

Параметры резания — зависимые переменные физические величины, характеризующие состояние резания.

К параметрам резания относятся: геометрия резания, температура резания, сопротивление резанию, сила резания, контактная температура, износ инструмента, высота микронеровностей обработанной поверхности, производительность резания и другие, а также функции их распределения.

Теория резания — логическое обобщение опыта резания материалов, отражающее его закономерности и позволяющее решать практические задачи.

Основы теории резания были заложены русскими учеными И. А. Тиме, К. А. Зворыкиным и Я. Г. Усачевым. Значительный вклад в теорию резания внесли советские ученые В. Д. Кузнецов, Н. Н. Зорев и многие другие, а также иностранные — Ф. Тейлор и другие.

Знание теории резания материалов позволяет специалисту решать практические задачи управления процессами формообразующей обработки, обеспечивая надежное получение продукции заданного качества с наибольшей эффективностью.

КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ

Кинематика резания — раздел теории резания, в котором изучаются движения материала и инструмента при резании.

Исполнительные движения

Исполнительные движения — элементарные движения, совершаемые материалом и инструментом для получения изделий требуемой формы и размеров.

Исполнительное движение может быть задано либо поступательным движением П, либо вращательным движением В.

Исполнительные движения характеризуются траекторией, направлением, исходной и конечной точками, путем и скоростью.

Исполнительные движения, совершаемые во время резания, называются рабочими движениями.

Исполнительные движения, предшествующие резанию, называются установочными движениями.

Последовательные относительные смещения режущих кромок многолезвийного инструмента, фиксирующие отдельные фазы исполнительных движений, называются конструктивными движениями.

Рабочее исполнительное движение, осуществляемое с наибольшей скоростью называется движением резания. Это движение является процессообразующим движением.

Рабочие, установочные и конструктивные исполнительные движения, траектории которых лежат на обработанной поверхности, являются формообразующими движениями. Формообразующие движения, за исключением движения резания, называются движениями подачи.

Рабочее или установочное или конструктивное исполнительное движение, направленное от обрабатываемой поверхности к обработанной и определяющее линейные размеры изделия, называется движением врезания.

Установочное или конструктивное исполнительное движение для периодического перемещения при обработке многогранников, определяющее угловые размеры изделия, называется движением деления.

Исполнительные движения врезания и деления являются размерообразующими движениями.

Формообразование изделия

Необходимым условием формообразования обработанной поверхности является наличие исходной инструментальной поверхности. Обработанная поверхность изделия образуется как огибающая последовательных положений исходной инструментальной поверхности при качении аксоида исходной инструментальной поверхности по аксоиду обработанной поверхности.

Обработанная поверхность изделия представляет собой след движения образующей производящей линии (ОПЛ) по направляющей производящей линии (НПЛ).

Производящая линия получается комбинацией исполнительных движений формообразования.

Если режущая кромка лежит на исходной инструментальной поверхности, то образующая производящая линия получается либо как копия профиля исходной инструментальной поверхности, если режущая кромка лежит на обработанной поверхности, либо как огибающая последовательных положений профиля исходной инструментальной поверхности, если режущая кромка касается обработанной поверхности. Если режущая кромка касается исходной инструментальной поверхности и обработанной поверхности, то образующая производящая линия получается как след движения точки касания.

Направляющая производящая линия получается либо как след движения точки на режущей кромке, если траектория движения резания лежит на обработанной поверхности, либо как касательная к следу циклического движения точки на режущей кромке, если траектория движения резания касается обработанной поверхности.

Схемы резания.

Различным сочетаниям способов получения образующих и направляющих производящих линий соответствуют принципиальные кинематические схемы резания.

Количество исполнительных движений формообразования для каждой схемы резания равно:

где Н_О — количество движений для получения ОПЛ,

Н_Н — количество движений для получения НПЛ,

Н_С — количество совпадающих движений.

Общее количество исполнительных движений:

где Н_П — количество процессообразующих движений, равное 1;

Н_Ф — количество формообразующих движений;

Н_Р — количество размерообразующих движений;

Н_С — количество совпадающих движений.

Принципиальные кинематические схемы резания.

Режим резания.

Режим резания – совокупность факторов резания, характеризующих движение материала и инструмента.

Движение резания. Если движение резания является поступательным, то оно характеризуется скоростью резания v м/мин. Если движение резания является вращением детали диаметромD_д мм или инструмента диаметром D_и мм, то оно характеризуется частотой вращения n мин -1 . В этом случае скорость резания определяется диаметром D и частотой вращения n.

v = 10 -3 p D n м/мин.

Движения подачи. Если движение подачи является поступательным, то оно характеризуется либо подачей s_o мм (перемещением за один цикл), либо скоростью подачи s_м мм/мин. Если движение подачи является вращением детали диаметром D_д мм, то оно характеризуется либо круговой подачей s_k мм (перемещением по дуге окружности диаметром D_д мм за один цикл), либо частотой круговой подачи s_n мин -1 . В этом случае скорость подачи определяется диаметром детали D_д мм и частотой круговой подачи s_n.

При нарезании зубчатых колес скорость подачи определяется модулем m мм, числом зубьев колеса z и частотой круговой подачи s_n

Если образующая производящая линия является копией профиля исходной инструментальной поверхности, то к режиму резания относится ширина резания В мм, равная размеру этого профиля, измеренному по бинормали к направляющей производящей линии. Движение подачи как таковое при этом отсутствует.

Движение врезания. Поступательное движение врезания характеризуется либо скоростью врезания t_м мм/мин, либо врезанием t_о мм (перемещением за один цикл), либо врезанием на зуб t_z мм (перемещением на один зуб). Врезание на зуб определяется врезанием t_о и числом зубьев инструмента z_и

Расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к направляющей производящей линии, называется глубиной резания t мм (путь движения врезания). При зубонарезании, глубина резания принимается равной высоте зуба нарезаемого колеса, зависящий от модуля m

а при резьбонарезании – высоте профиля нарезаемой резьбы, зависящей от шага резьбы S мм и числа заходов k

Движение деления.Вращательное движение деления при зубонарезании характеризуется углом поворота Q — определяется числом зубьев колеса z

а при резьбонарезании – числом заходов k

Время резания. К режиму резания всегда относится время резания до смены инструмента T мин.

Таким образом к режиму резания относятся следующие факторы резания:

— модуль колеса m , мм;

— число зубьев колеса z;

— шаг резьбы S , мм;

— диаметр инструмента D_и , мм;

— число зубьев инструмента z_и , мм;

— число заходов k;

— скорость врезания t_м , мм/мин;

— глубина резания t , мм;

— скорость подачи s_м , мм/мин;

— частота круговой подачи s_n , мин -1 ;

— ширина резания В , мм;

— скорость резания v , м/мин;

— частота вращения n , мин -1 ;

— время резания до смены инструмента Т , мин.

Геометрия инструмента.

Геометрия инструмента – совокупность факторов резания, характеризующих форму режущей части инструмента и положение ее на станке.

Режущая кромка инструмента, лежащая на исходной инструментальной поверхности, образуется при пересечении двух поверхностей: передней и задней.

Передняя поверхность – рабочая поверхность инструмента, обращенная в направлении движения резания.

Задняя поверхность – нерабочая поверхность инструмента, обращенная в направлении противоположном направлению движения резания.

Рис. 1.1. Режущая часть инструмента

Если режущая кромка инструмента касается исходной инструментальной поверхности в точке, то эта точка называется вершиной и образуется при пересечении трех поверхностей: передней, главной задней и вспомогательной задней.

Главная задняя поверхность – задняя поверхность инструмента, обращенная в направлении движения подачи.

Вспомогательная задняя поверхность – задняя поверхность инструмента, обращенная в направлении противоположном направлению движения подачи.

При пересечении передней и главной задней поверхности образуется главная режущая кромка, а при пересечении передней и вспомогательной задней поверхности – вспомогательная режущая кромка.

Геометрия инструмента характеризует положение поверхностей инструмента и режущих кромок относительно каждой из траекторий исполнительных движений: движения резания и движения подачи.

При измерении геометрии инструмента вместо предполагаемых траекторий исполнительных движений используют базовые поверхности инструмента известным образом ориентированные относительно этих траекторий.

Если режущая кромка инструмента лежит на исходной инструментальной поверхности, то к геометрии инструмента относятся: передний угол g , задний угол a и угол наклона режущей кромки l.

Передний угол g — угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания.

Задний угол a — угол между задней поверхностью и траекторией движения резания.

Угол наклона режущей кромки l — угол между режущей кромкой и плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания.

Если режущая кромка инструмента касается исходной инструментальной поверхности, то к геометрии инструмента относятся: передний угол g, главный задний угол a, вспомогательный задний угол a₁, угол наклона главной режущей кромки l, главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j₁.

Главный задний угол a — угол между главной задней поверхностью и траекторией движения резания.

Вспомогательный задний угол a₁ — угол между вспомогательной задней поверхностью и траекторией движения резания.

Главный угол в плане j — угол между проекцией главной режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к траектории движения резания, и траекторией движения подачи.

Вспомогательный угол в плане j₁ – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к траектории движения резания, и траекторией движения подачи.

Если передняя поверхность инструмента винтовая, а передний угол g является зависимой переменной, то геометрию его следует характеризовать углом наклона винтовой поверхности w.

Если передняя поверхность инструмента винтовая, а передний угол g не изменяется вдоль режущей кромки, то угол наклона винтовой поверхности имеет тот же смысл , что и угол наклона режущей кромки l.

Если режущая часть инструмента имеет форму двухгранника, то ее форма вне зависимости от положения на станке характеризуется углом заострения b, то есть углом между передней и задней поверхностями.

Если режущая кромка инструмента имеет форму трехгранника, то ее форма вне зависимости от положения на станке характеризуется углом при вершине e , то есть углом между главной и вспомогательной режущими кромками, а также углами заострения главной и вспомогательной режущих кромок b и b₁.

Рис. 1.2. Геометрия инструмента.

2.7. Геометрия резания

Геометрия резания — совокупность параметров резания, характеризующих относительное положение материала и инструмента при резании.

Геометрия резания определяется положением поверхностей инструмента относительно траектории рабочего движения, представляющей собой результирующую траекторий рабочих исполнительных движений (Рис. 1.3).

Рис. 1.3. Геометрия резания.

К геометрии резания относятся задний угол и угол резания.

Задний угол a_p — угол между задней поверхностью и траекторией рабочего движения;

Угол резания d — угол между траекторией движения стружки и траекторией рабочего движения.

2.8. Геометрия срезаемого слоя

Геометрия срезаемого слоя — совокупность параметров срезаемого слоя, характеризующих его форму и размеры (Рис. 1.4).

Геометрию срезаемого слоя рассматривают в сечении плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания. К геометрии срезаемого слоя относятся: толщина, ширина и площадь сечения.

Толщина срезаемого слоя a — размер сечения срезаемого слоя, измеренный поперек режущей кромки.

Ширина срезаемого слоя b — размер сечения срезаемого слоя, измеренный вдоль режущей кромки.

Рис. 1.4. Геометрия срезаемого слоя.

Площадь сечения срезаемого слоя f равна произведению толщины срезаемого слоя на его ширину.

Экономика резания

К совокупности параметров, характеризующих экономику резания, относятся:

· производительность резания П — объем слоя материала, срезаемого в единицу времени;

· производительность формообразования П_Ф — площадь поверхности изделия, образуемой в единицу времени;

· производительность инструмента П_И — площадь поверхности изделия, образуемой за время резания до смены инструмента;

· машинное (основное) время Т_М — период времени резания одного изделия, равный отношению объема срезаемого слоя к производительности резания;

· штучное время Т — средний период времени, необходимый для получения одного изделия;

· себестоимость обработки С₀ — затраты, связанные с амортизацией станка и инструмента в основное (машинное) время и с амортизацией станка во время восстановления.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Требования к инструментальным материалам

В соответствии со служебным назначением инструментальные материалы должны обладать:

* высоким сопротивлением изнашиванию;

* высокой теплостойкостью и теплопроводностью;

3.2. Инструментальные стали

Инструментальная сталь — сплав железа с углеродом (0,8. 1,5 %), содержащий обычные и специальные примеси и обладающий большой прочностью, малой твердостью и малой теплостойкостью.

а) углеродистые стали — высококачественные стали марок У10А, У12А и др.

б) легированные стали — заэвтектоидные стали марок 9ХС, ХВГ, ХВ5 и др., легированные хромом, волльфрамом, марганцем, кремнием и др.

в) быстрорежущие стали — теплостойкие ледебуритные стали марок Р6М5, Р9К5, Р9Ф5 и др., легированные вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием.

Минералокерамика

Минералокерамика — композиционный материал, представляющий собой кристаллиты, скрепленные аморфной стекловидной фазой, и обладающий большой теплостойкостью, средней твердостью и малой прочностью.

а) оксидная минералокерамика — минералокерамика марки ВО13 и ВО18 на основе окиси алюминия (корунда).

б) оксидно-карбидная минералокерамика — минералокерамика марок ВОК60, ВОК63 и ВОК71 на основе окиси алюминия и сложного карбида вольфрама и титана.

в) оксидно-нитридная минералокерамика — минералокерамика марок ОНТ-20 «кортинит» и «силинит-Р» на основе окиси алюминия, нитрида кремния и др.

Сверхтвердые материалы

Сверхтвердые материалы — природные и синтетические материалы, обладающие наибольшей твердостью, малой и средней прочностью, средней и высокой теплостойкостью.

а) природный алмаз — непригодный для ювелирных целей алмаз сортов «борт» и «конго».

б) синтетический алмаз — поликристаллический кубический карбид углерода марок АРК (типа «карбонадо») и АРБ (типа «баллас»).

в) нитрид бора — поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ) марок «композит 01», «композит 05» и «композит 10».

Геометрия резцов

Для точения применяют проходные, проходные упорные, расточные, подрезные, прорезные и отрезные токарные резцы. Для строгания применяют проходные, подрезные и отрезные строгальные резцы, а для долбления — проходные и прорезные долбежные резцы (Рис. 2.5 и 2.6).

Рис. 2.5. Типы резцов

Рис. 2.6. Виды токарных резцов

Для фасонного точения, строгания и долбления применяют фасонные резцы.

Исходной инструментальной поверхностью при точении, строгании и долблении является поверхность, совпадающая с обработанной поверхностью изделия. Режущие кромки резцов касаются исходной инструментальной поверхности в точке. Режущие кромки фасонных резцов лежат на исходной инструментальной поверхности.

Базирование резцов при установке на станке осуществляется по двум взаимно перпендикулярным плоскостям — основной и боковой. Основная плоскость — плоскость, перпендикулярная траектории предполагаемого движения резания у вершины резца при установке ее по центру. Боковая плоскость — плоскость, перпендикулярная траектории предполагаемого движения подачи у проходных резцов или параллельная ей у расточных, подрезных, прорезных и отрезных резцов (Рис. 2.7).

Рис. 2.7 Базирование резцов

Режущая часть резца ограничена тремя поверхностями: передней, главной задней и вспомогательной задней. Передняя поверхность может быть плоской, плоской с фаской и вогнутая цилиндрическая с фаской. Задние поверхности обычно плоские.

При пересечении передней и главной задней поверхности образуется главная режущая кромка, а при пересечении передней и вспомогательной задней — вспомогательная режущая кромка. Точка сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца (базовой точкой).

У прорезного и отрезного резцов делают по две вспомогательные задние поверхности и, соответственно, по две вспомогательные режущие кромки и две вершины.

К геометрии проходного резца относятся (Рис. 2.8):

· передний угол g — угол между передней поверхностью и основной плоскостью;

· главный задний угол a — угол между главной задней поверхностью и нормалью к основной плоскости;

· вспомогательный задний угол a₁ — угол между вспомогательной задней поверхностью и нормалью к основной плоскости;

· главный угол в плане j — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и нормалью к боковой плоскости;

· вспомогательный угол в плане j₁ — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и нормалью к боковой плоскости;

· угол наклона режущей кромки l — угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью.

Углы в плане расточного, подрезного, прорезного и отрезного резцов определяются между проекциями режущих кромок на основную плоскость и боковой плоскостью. Остальные углы определяются также как у проходного резца.

Рис. 2.8. Геометрия токарного проходного резца

Значения углов резца определяются в зависимости от условий обработки по таблицам нормативов.

Геометрия резцов с напайными пластинками обеспечивается при заточке.

Геометрия резцов со сменными призматическими пластинками обеспечивается в результате поворота основания пластинки на угол m в плоскости, перпендикулярной к основной и составляющей с главной режущей кромкой угол h (Рис. 2.9).

Рис. 2.9. Установка сменной многогранной пластинки

в державке токарного резца

Из схемы видно, что

.

Отсюда следует, что

, где e=p-(j+j₁)

Приравняв и преобразовав оба выражения

,

а затем разделив обе части уравнения на cos h, получим

.

.

Таким образом, направляющий угол h равен

,

а угол поворота m-

4.4. Режим резания

К режиму резания при точении, строгании и долблении относятся: глубина резания, подача, скорость резания и время резания.

Глубина резания t. Обработка изделий 13 квалитета с шероховатостью R_a>12,5 мкм с любым припуском, 11. 12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2. 10 мкм с припуском до 2 мм, а также 9. 10 квалитета с шероховатостью R_a=0,8. 2,5 мкм с припуском до 0,4 мм выполняется за один проход.

Обработка изделий 9. 10 квалитета с шероховатостью R_a=0,8. 2,5 мкм с припуском свыше 0,4 мм, а также 11. 12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2. 10 мкм с припуском свыше 2 мм выполняется за два прохода.

Подача s. Допустимая прочностью резца подача при предварительной обработке и допустимая шероховатостью изделия подача при окончательной обработке определяются по таблицам нормативов.

Время резания Т. Время резания до смены инструмента определяется по таблицам нормативов.

Скорость резания v. Допустимая теплостойкостью резца скорость резания либо определяется по картам нормативов, либо рассчитывается по формуле:

, м/мин .

Значения постоянной, показателей степеней и поправочных коэффициентов, учитывающих влияние других факторов резания, определяются по таблицам нормативов.

Частота вращения заготовки при точении определяется по формуле:

, мин -1 ,

где D — диаметр заготовки, а частота возвратно-поступательного движения резца при строгании и долблении — по формуле:

, мин -1 ,

где L — длина хода резца.

Частота вращения и подача корректируются по станку.

4.5. Параметры резания

Срезаемый слой при точении, строгании и долблении, ограниченный поверхностями резания, обрабатываемой и обработанной поверхностями, рассматривается в плоскости, перпендикулярной к траектории движения резания (Рис. 2.10). Толщина срезаемого слоя a, ширина срезаемого слоя b и площадь сечения срезаемого слоя f соответственно равны:

.

Рис. 2.10. Геометрия срезаемого слоя при точении

Силу резания при точении, строгании и долблении раскладывают на три составляющие (Рис. 2.11): Р_Z, направленную по касательной к траектории движения резания, Р_Y, направленную по нормали к траектории движения резания Р_X, направленную по бинормали к траектории движения резания. Эти составляющие рассчитываются по формулам:

.

Постоянные, показатели степени и поправочные коэффициенты определяются по таблицам нормативов.

Мощность резания рассчитывается по формуле:

, кВт .

Рис. 2.11. Составляющие силы резания при точении

Машинное время при точении рассчитывают по формуле:

, мин ,

где L — длина обрабатываемой поверхности (Рис. 2.12), а при строгании и долблении — по формуле:

, мин ,

где В — ширина обрабатываемой поверхности.

Рис. 2.12. Машинное время при точении

5. СВЕРЛЕНИЕ, ЗЕНКЕРОВАНИЕ И РАЗВЕРТЫВАНИЕ

Сверление — способ резания сверлами на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 11. 12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2. 10 мкм.

Зенкерование — способ резания зенкерами на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 9. 12 квалитета с шероховатостью R_a=1,6. 5,0 мкм.

Развертывание — способ резания развертками на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 7. 8 квалитета с шероховатостью R_a=0,2. 2,5 мкм.

5.1. Схема резания

Процессобразование при сверлении, зенкеровании и развертывании происходит в результате вращательного движения резания v.

Формообразование при сверлении, зенкеровании и развертывании происходит в результате движения следа рабочего поступательного движения подачи s базовой точки режущей кромки инструмента по следу ее вращательного движения резания v.

Размерообразование обеспечивается конструктивным движением врезания t.

5.2. Сверлильный станок

Требуемые исполнительные движения формообразования при сверлении, зенкеровании и развертывании обеспечиваются исполнительными кинематическими цепями сверлильного станка: цепью резания и цепью подачи (Рис. 2.13 и 2.14).

Рис. 2.13. Сверлильный станок.

Рис. 2.14. Кинематическая схема сверлильного станка

Цепь резания связывает вращение привода с вращением инструмента и определяет скорость резания.

Расчетные перемещения за минуту:

n оборотов привода → n оборотов инструмента.

Уравнение кинематического баланса:

.

Цепь подачи связывает и согласует вращательное и поступательное движения инструмента.

Расчетные перемещения за минуту:

n оборотов инструмента → s_M мм перемещения инструмента.

Уравнение кинематического баланса:

.

Геометрия фрез

Для фрезерования применяют работающие периферией цилиндрические, угловые и фасонные фрезы, работающие торцом торцовые фрезы, а также работаю

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Основные методы формообразования

КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ

Главная задача, решаемая при разработке технологического процесса изготовления детали, заключается в обеспечении задан­ного качества детали. Основными показателями качества детали являются точность формы, размеров и взаимного положения по­верхностей, а также свойства ее основного материала и поверх­ностного слоя (шероховатость, фазовый, структурный и химиче­ский состав, степень и глубина упрочнения или разупрочнения, остаточные напряжения и др.). На каждый из показателей каче­ства устанавливаются определенные допуски, в пределах которых они должны находиться. Деталь, показатели качества которой выходят за пределы допусков, считается некачественной (бра­ком). Кроме необходимости обеспечения заданного качества де­тали технологический процесс ее изготовления должен быть эко­номичным, т. е. требовать наименьших затрат живого, овеществленного труда, материальных и энергетических ресурсов, а также быть безопасным и экологически чистым (в пределах установ­ленных норм).

Основные методы формообразования

В современном машиностроительном производстве сущест­вует множество методов формообразования заготовок и деталей машин, которые можно объединить в несколько основных групп:

· методы обработки давлением;

· методы механической обработки;

· физические и химические методы (в том числе электрофи­зические и электрохимические);

Формообразование деталей в процессе последующей обра­ботки заготовок может осуществляться:

· с удалением материала заготовки;

· без удаления материала заготовки;

· с нанесением материала на заготовку;

Пространственную форму детали определяет сочетание раз­личных поверхностей, которые можно свести к простым геомет­рическим поверхностям: плоским, телам вращения (цилиндриче­ским, коническим, шаровым, торовым и т. п.), винтовым и др.

В свою очередь, геометрическую поверхность можно представить совокупностью последовательных положений следов одной про­изводящей линии, называемой образующей, которая движется по другой производящей линии, называемой направляющей.

На­пример, для образования круговой цилиндрической поверхности образующей служит прямая линия. Ее перемещают по окружно­сти, которая является направляющей линией.

При обработке (формообразовании) на металлорежущих станках образующие и направляющие линии воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых согласованы между собой. Формообразование на металлорежущих станках может быть реализовано четырьмя основными методами [13].

Рис. 1.1 Методы формообразования поверхностей:

а– копирования; б – следов; в – касания; г – огибания; 1 – образующая линия, 2 – направляющая линия, 3 – инструмент

1. Метод копирования. Форма режущей кромки инструмента соответствует форме образующей линии 1 обработанной поверх­ности детали (рис. 1.1 а). Направляющая линия 2 воспроизво­дится вращением заготовки (главное движение), которое являет­ся формообразующим. За счет движения подачи получают гео­метрическую поверхность заданного размера.

2. Метод следов. Образующая линия 1 является траекторией движения точки верщины режущей кромки инструмента, а на­правляющая линия 2 — траекторией движения точки заготовки (рис. 1.1б). Формообразующими являются главное движение резания и движение подачи, которые могут быть взаимосвязаны.

3. Метод касания. Образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента (рис. 1.1, в), а направляющей линией 2 — касательная к ряду геометрических вспомогательных линий — траекторий точек режущей кромки инструмента. Формообразую­щими являются только движения подач.

4. Метод обкатки (огибания). Направляющая линия 2 вос­производится вращением заготовки (рис. 1.1, г). Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последова­тельных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря двум согласованным движениям подач — продольной и круговой (вращение резца). Скорости движений подач согласуют так, что за время прохождения вращающимся резцом расстояния / он делает один полный оборот относитель­но своей оси вращения, формируя на вращающейся заготовке соответствующий профиль. Характерным примером обработки (формообразования) методом обкатки является нарезание зубча­тых колес червячной фрезой или долбяком, при котором враще­ния фрезы и заготовки (круговая подача) строго согласованы ме­жду собой, а форма режущей части инструмента (форма зуба) определяется формой зуба нарезаемого колеса.

Дата добавления: 2015-05-21 ; просмотров: 13148 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ