Конспект лекций по учебной дисциплине процессы формообразование и инструмент

Пояснительная записка Цель настоящего пособия –оказать помощь студентам в изучении дисциплины «Процессы формообразования и инструменты». Выполненное в электронном виде, оно позволяет преподавателю отказаться от диктовки, требующей значительной затраты времени. После прослушивания лекции с демонстрацией слайдов конспекта студенты в порядке выполнения домашнего задания заносят её текст с выполнением всех эскизов в свою рабочую тетрадь, что способствует лучшему усвоению изучаемого материала. Для этого каждый студент получает предлагаемый конспект с альбомом рисунков в электронном виде. Высвобождаемое при этом время позволяет более качественно выполнить значительное количество лабораторных и практических работ. С этой же целью предусматривается самостоятельная проработка части материала по учебной литературе ВВЕДЕНИЕ В современном машиностроении широко используются разнообразные процессы формообразования деталей и их заготовок: это формообразование заготовок методом литья, методом пластической деформации, прокатки, прессования, волочения, ковки, штамповки, гибки, процессом резания. В процессе резания выделяются виды обработки: точение, строгание, долбление, сверление, зенкерование, развёртывание, фрезерование, резьбонарезание, зубонарезание, протягивание, шлифование. Кроме того, в некоторых случаях находят применение физико-химические и другие методы формообразования, В недавнем прошлом из-за появления жаропрочных сталей и сплавов титана и различных тугоплавких сплавов на основе вольфрама, молибдена, ниобия получение заготовки стало экономически невыгодно получать режущим инструментом, а в некоторых случаях просто невозможно, поэтому появились новые виды обработки их. Это электрохимическая, химическое травление, ультразвуковая обработка, электронным лучом, обработка плазменной горелкой, обработка струёй воды с большой скоростью (1200-2100м/с) при огромном давлении –не менее 3500 кг/см2 из сопла с отверстием диаметром 0,05-0,5 мм., лазерным лучом и обработки с использованием энергии выстрела и взрыва. Некоторые из этих видов, называемых электрофизическими, разрушение поверхностных слоёв обрабатываемого материала обычно происходит не за счёт больших пластических деформаций (как это имеет место при резании), а путём химической или электрической эрозии. Химическая эрозия –это местное разрушение металла под действием химических или электрохимических процессов. Электрическая эрозия –это направленный выброс металла под действием электрического разряда. Электрохимические методы обработки основаны на явлении анодного растворения, при этом происходят химические реакции и поверхностный слой металла переходит в окислы и другие химические соединения. Съём металла в процессе растворения зависит от электрохимических свойств электролита и обрабатываемого материала, а также плотности тока. Электрохимическая обработка применяется для обработки отверстий в труднообрабатываемых материалах. Электроэрозионные методы основаны на использовании явления электрической эрозии –направленного разрушения токопроводящих материалов в результате теплового действия импульсных электрических разрядов между инструментом и заготовкой. Такие методы эффективны при изготовлении деталей сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов (штампов, прессформ, кокилей и др.) РАЗДЕЛ 1. ГОРЯЧАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Тема 1.1. Литейное производство [2] Сущность литейного производства Литейное производство –способ получения заготовки путём заливки жидкого металла в формы, которые изготавливают в опоках. Опока –металлический ящик без дна. Для изготовления форм используют также подмодельные плиты, стержни, модели. Моделями называют приспособления, воспроизводящие наружные очертания отливок. Размеры моделей больше размеров отливок на величину литейной усадки: для серого чугуна - 1%, стали и белого чугуна –%, бронзы и латуни –,8-1,3%. Внутренние полости в отливках выполняют при помощи стержней Формовочные и стержневые смеси Для изготовления форм используют формовочные смеси, которые должны обладать: а) газопроницаемостью; б)прочностью; в)пластичностью; г) непригораемостью; д) лёгкой выбиваемостью. Формовочная смесь состоит в основном из песка и глины, увлажненных водой. Формовочные смеси разделяются на: а) облицовочные; б) наполнительные; г) единые. Стержни во время заливки металла находятся в наиболее тяжёлых условиях, т.к. окружены жидким металлом. поэтому материал стержня должен обладать более высокими свойствами по сравнению с формовочной смесью. Стержневые смеси состоят из кварцевого песка и глины. Иногда в них добавляют жидкое стекло, цемент, смолы и др. Стержни изготавливают отдельно от формы и при сборке вставляют в готовую форму. Для повышения прочности стержней в них вставляют каркасы из проволоки. Изготовленные сырые стержни для повышения прочности сушат при Т= 160-300°С Литниковая система – это система каналов, которая служит для подвода жидкого металла в форму и обеспечивает получение качественной отливки. Она состоит из литниковой чаши, стояка, шлакоуловителя, питателя и выпара (рис 1). Литниковая чаша служит для смягчения удара струи жидкого металла из ковша и для задержания шлака. Стояк –вертикальный конический канал, по которому металл попадает в шлакоуловитель. Шлакоуловитель имеет сечение трапеции, находится в верхней половине формы и служит для задержания шлака. Питатели имеют сечение трапеции или прямоугольника, располагаются в нижней половине формы и служат для подвода металла в форму. Выпоры –вертикальные каналы располагаются над верхними точками отливок, служат для удаления из формы воздуха, газа, шлаков и для контроля конца заливки формы. Площадь сечения питателя должна быть меньше площади шлакоуловителя; площадь шлакоуловителя должна быть меньше площади стояка, т.е. ∑Fпит : Fшл : Fст = 1 : 1,1 : 1,15 4. Изготовление отливок в разовых формах 4.1 Ручная и машинная формовка в опоках Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Широко применяется формовка в опоках по разъёмным моделям. Процесс формовки начинается с установки нижней половины модели и нижней опоки на подмодельную плиту. Поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом. На модель просеивают облицовочную смесь, уплотняют её, насыпают наполнительную смесь и трамбуют её. Излишек смеси сгребают линейкой и душником прокалывают каналы. которые не доходят до модели на 10-15 мм. Затем полуформу вместе с подмодельной плитой поворачивают на 180°, устанавливают вторую половину модели, верхнюю опоку, элементы литниковой системы, насыпают смесь, трамбуют её, излишек сгребают и делают наколы душником. Форму раскрывают, все модели извлекают из формы, форму осматривают. присыпают порошкообразным графитом, устанавливают стержни и собирают форму под заливку. Опоки центрируют штырями, скрепляют их или устанавливают груз. Форма готова к заливке. При крупносерийном и массовом производстве применяется машинная формовка, обеспечивающая высокую производительность, высокое качество, облегчение труда и т.д. При машинной формовке механизированы в основном две операции: а) уплотнение формовочной смеси с помощью прессовых и встряхивающих машин; б) извлечение моделей из формы. 4.2.Плавка стали и заливка форм. Для плавки стали применяют электродуговые и индукционные печи, малые бессемеровские конверторы. Жидкий металл заливается в ковш, который имеет стальной кожух, а изнутри выложен огнеупорным материалом. Перед заливкой металла ковш нагревается до 500-750°С и сразу же заполняют жидким металлом. при заливке формы литейщик строго следит за движением металла из ковша в форму. Уровень металла в литниковой чаше должен быть постоянным, струя металла –непрерывной. Контроль окончания заливки ведут по появлению металла в выпоре. 4.3. Литейные сплавы и их свойства. Для получения фасонных отливок широко применяют углеродистые стали с содержанием углерода до 0,45% и легированные стали. Если сталь литейная, то в конце маркировки ставится буква Л. Широко применяют: а) конструкционные стали 25Л, 30Л, 35Л, 30ХГСЛ; б) марганцевые литейные стали, содержащие 2-20% марганца; Г13Л (1-1,4% углерода, 11-14% марганца (сталь Годфильда), хорошо работает на износ с ударом и применяется для траков гусеничных машин, зубьев экскаваторов, трамвайных стрелок в) нержавеющие хромистые литейные стали с содержанием хрома до 30%: 12Х3Л, 12Х17Н2А. они хорошо противостоят истиранию, имеют высокую прочность, коррозионную стойкость и др.; г) нержавеющие хромо-никелевые литейные стали типа 12Х18Н9ТЛ, 0,8Х24Н2СЛ обладают высокой пластичностью. коррозионной стойкостью, износостойкостью. Широко применяется для деталей паровых и газовых турбин. 5. Изготовление отливок в многократных формах 5.1. Литьё в металлические формы (рис. 2) В авиационной технике широко применяют прогрессивные специальные способы литья. обеспечивающие получение отливок высокого качества, точности и чистоты поверхности с высоким коэффициентом использования материала (КИМ). Это литьё в металлические формы –кокили. Кокили изготавливают из чугуна, стали и других сплавов разъёмными с горизонтальной, вертикальной и сложной поверхностью разъёма. рабочую поверхность формы покрывают специальной краской, увеличивающей долговечность кокиля и улучшает заполняемость его металлом. Внутренние полости отливок получают с помощью металлических и песчаных стержней. жидкий металл в кокиль подводят сверху, снизу, сбоку. Перед заливкой кокиль подогревают до t=200-400ºC. Технологический процесс литья включает в себя следующие операции: Подготовка и сборка формы; Заливка формы жидким металлом; Извлечение отливки из формы; Обрубка и очистка отливок. Этот способ литья применяется для отливок из алюминиевых, магниевых сплавов и чугуна. 5.2. Литьё по выплавляемым моделям (рис. 3) Сущность литья по выплавляемым моделям состоит в том, что модель изготавливают из материала, который можно легко выплавить из формы без её разрушения и получить неразъёмную форму. Этот метод применяют для получения отливок сложной формы с толщиной стенки до 0,5 мм в основном из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов. Модели изготавливают в специальных прессформах из парафина, стеарина, воска и других составов с температурой плавления 60-100ºС используемых многократно. Модельные составы готовят, подогревают, в пастообразном состоянии запрессовывают в прессформу, получают модели отливок и элементы литниковой системы. Затем модели отливок припаивают к моделям литниковой системы и получают блоки (ёлки). Для изготовления оболочек форм применяют жидкие смеси, состоящие кварцевого песка, пылевидного кварца, раствора этилсиликата, 15% водного раствора едкой щёлочи. На модельный блок смесь наносится окунанием или обливанием. Модельный блок 2-3 раза погружается в огнеупорную смесь, обсыпается песком и сушится. Затем модельный состав выплавляют из формы нагревом в печах, горячей воде или паром. Полученные оболочки засыпают песком в опоках, прокаливают в печах при температуре 850-900ºС, выгружают из печи и сразу же заливают жидким металлом. После затвердевания металла форма разрушается. 5.3. Литьё под давлением (рис.4) Сущность литья под давлением состоит в том, что расплавленный металл подаётся в металлическую прессформу и затвердевает под избыточным давлением. Процесс литья начинается с подогрева прессформы, заливочного стакана и прессующего поршня. Затем прессформу смазывают и закрывают, ковшом заливают жидкий металл в прессовый стакан, включают механизм запрессовки и поршень вытесняет его в форму. Металл затвердевает, прессформа раскрывается и выталкивается готовая отливка. Литьё под давлением выполняют в машинах с горячей и холодной камерой прессования горячая холодная отливки из сплавов на основе цинка, свинца. олова отливки из алюминиевых, медных и магниевых сплавов Машины имеют горизонтальную или вертикальную камеры прессования с усилием 300 кгс/см2 Достоинствами 3-х методов –высокие механические свойства отливок, точность, чистота поверхности, высокая производительность, хорошие условия труда Тема 1.2. Обработка металлов давлением [2] Пластическая деформация металлов Обработка давлением основана на пластичности металлов. Пластичность –это способность изменять форму без разрушения под действием приложенных сил. Давлением перерабатывается более 80% сталей и большинство цветных сплавов. Обработка давлением –это прогрессивный метод, обеспечивающий высокое качество и высокий коэффициент использования металла КИМ. Пластическое течение, т.е. изменение формы металлического тела, называется пластической деформацией. Это сложный физико-механический процесс, сопровождаемый изменением формы, структуры и свойств металла заготовки. При пластическом деформировании поликристаллических сплавов их зёрна дробятся, перемещаются, поворачиваются, вытягиваются, но объём металла остаётся неизменным. При холодном деформировании в металле постепенно нарастает количество поверхностей сдвига, увеличивается число упругих искажений и металл упрочняется. Это явление называется наклёпом. При определённом наклёпе пластическая деформация прекращается и металл хрупко разрушается. наклёп устраняют рекристаллизационным обжигом при 600-700ºС, при этом восстанавливается зернистость структуры и пластичность. Нагрев металла и нагревательные устройства При обработке давлением заготовки нагревают в пламенных и электрических печах. Все печи разделяют на камерные и методические. Рабочее пространство камерной печи имеет прямоугольную форму с постоянной температурой по всему объёму. Такие печи применяют для нагрева малоуглеродистых пластичных сталей. У методических печей рабочее пространство удлинённой формы. Заготовки в них при нагреве движутся и постепенно поступают в зону высокой температуры, т.е. происходит постепенный методический нагрев. Такие печи применяют для нагрева заготовок из легированных сталей. В пламенных печах топливом служит газ или мазут. При многократном нагреве происходит угар металла до 5 %. Для снижения угара применяют безокислительный нагрев (при неполном сжигании топлива). При нагреве в электропечах угар не превышает 1%. В производстве применяют индукционный и контактный электронагрев . Температура нагрева различных сталей (ºС) конструкционные углеродистые инструментальные высоколегированные 1300-1200 -1150 -1100 Температура конца обработки давлением –-950ºС Прокатное производство (рис.5) Прокатка является наиболее массовым видом ОМД. Процесс прокатки заключается в том, что нагретая заготовка пропускается между вращающимися в разные стороны валками прокатного стана. Заготовка прокатывается, уменьшается по толщине и сильно увеличивается в длину. Зазор между валками устанавливается меньше толщины исходной заготовки. Изделия, получаемые прокаткой называются прокатом. Процесс проката делится на 2 этапа: на первом этапе горячие слитки прокатывают на блюмингах и слябингах в полупродукты (передельную заготовку): блюмы –квадраты со стороной 300-150 мм; слябы –плоские заготовки толщиной 100-150 мм.; на втором этапе на специализированных прокатных станах полупродукт прокатывают в готовую продукцию: сортовой прокат, лист, трубы. Валки прокатного стана имеют форму гладких цилиндров или цилиндров с ручьями, т.е. канавками различной формы. При совмещении ручьёв двух валков образуется калибр. При пропуске заготовки последовательно через ряд калибров её сечение приобретает профиль изделия. Последний калибр валков соответствует окончательному профилю изделия. На станах с гладкими валками прокатывают листы, полосы, пластины, а валках с ручьями –сортовой прокат: рельсы, швеллеры, двутавры, угольники, шестигранник, круг и т.д. Прокатка бывает горячая и холодная. Холодную прокатку применяют для полос и листов толщиной менее 4 мм Перечень выпускаемого проката с указанием профилей размеров и качества материалов называется сортаментом. Сортамент стального проката делится на 5 групп: Сортовой простой фасонный Листовой: толстолистовой тонколистовой широкополосный Трубы бесшовные сварные Проволока Периодический специальный прокат круг, квадрат, шестигранник уголки рельсы, швеллеры и др. толщина 4-100 мм толщина до 4 мм толщина 4-60 мм, ширина более 1000 мм диаметр до 630 мм. толщина стенки 4 мм -«- 1430 мм -«- 4 мм катанка Ǿ 5-10 мм ребристые трубы, шары, бандажи, кольца и др. Свободная ковка (рис.6) Свободной ковкой называют процесс последовательного деформирования отдельных частей исходной заготовки на плоских бойках. При свободной ковке горячий металл свободно течёт в стороны под действием ударов гладкого бойка молота или под нажимом бойка пресса. Изделия, получаемые свободной ковкой называются поковками. Свободной ковкой изготавливают единичные поковки и небольшие партии поковок, которые делятся на: а) малые средние поковки весом до 500 кг (вагонные оси, шатуны, коленчатые валы; б) тяжелые поковки весом до 550 тонн (валы гидрогенераторов, валы турбин, прокатные валки); в) пустотелые поковки (кольца, трубы барабанов, сосуды). Различают ручную и машинную ковку. На заводах применяется машинная ковка, при которой заготовку кладут на нижний неподвижный боёк и деформируют её верхним подвижным бойком или с помощью подкладного инструмента (раскаток, обжимок, топоров и т.п.) Технологический процесс изготовления поковок состоит из основных и вспомогательных операций. Основные операции ковки: а) осадка –увеличение площади поперечного сечения заготовки за счёт уменьшения её высоты. Осадку выполняют ударами бойка молота по торцу заготовки (шестерни, фланца, крышки). Осадку части заготовки называют высадкой (головки болтов); б) вытяжка –увеличение длины заготовки за счёт уменьшения площади поперечного сечения. Применяют для удлинения поковок. в) прошивка –получение отверстий в заготовке с помощью инструмента, называемого прошивкой. г) рубка –разделение заготовки на части с помощью кузнечных топоров. Сначала заготовку подрубают, затем переворачивают на 180º и отсекают надрубленную часть. д) гибка –выполняется в подкладных штампах фигурными бойками. или зажав заготовку между бойками. изгибают ударными приспособлениями. е) закручивание - когда одну часть поковки зажимают между бойками, а другую закручивают с помощью приспособления. ж) раскатка –увеличение диаметра кольцевой заготовки за счёт уменьшения толщины её стенок. Её осуществляют обжатием кольца на оправе при непрерывном её поворачивании. 5. Молоты (рис.7) - кузнечные машины ударного действия. Молот, необходимый для ковки выбирают по весу падающих частей. Мелкие поковки куют на пневматических молотах, средние –на паровоздушных, тяжёлые –на гидропрессах Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом под давлением 7-9 атм. (вес, падающих частей до 6 т). Недостаток молотов –сильное сотрясение зданий и грунта. Тяжелые поковки изготавливают на гидропрессах, состоящих из пресса и гидропривода. Рабочие цилиндры пресса (1-3 шт.) развивают силу до 70000 т. Например, на прессе 30000 т. можно отковать поковку в 250 т. Гидропрессы работают без ударов и сотрясений. Их рабочие усилия не передаются на фундамент, а воспринимаются колоннами. 6. Волочение металлов производится протягиванием длинных заготовок через отверстие в инструменте, сечение которого меньше сечения исходной заготовки. Инструмент называется волокой. Волочение производят в холодном состоянии. Получаемые изделия (трубы, прутки, проволока) характеризуются высокой чистотой поверхности и точностью размеров. При этом повышается прочность и твёрдость металла. 7. Прессование – процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой полости инструмента-контейнера через отверстие матрицы с площадью меньшей площади поперечного сечения заготовки. При этом можно получать самые разнообразные профили выдавливаемых изделий. Прессуются как чёрные, так и цветные сплавы прямым и обратным методами в холодном и горячем состоянии на вертикальных и горизонтальных гидропрессах с усилием до 25 тыс. тонн. 8. Штамповка (рис.8) 8.1. Горячая объёмная штамповка –метод формообразования поковок в специальных инструментах –штампах, имеющих рабочие полости называемые ручьями. Ручьи допускают течение деформируемого металла только в определённом направлении по ручью и до определённых пределов –до заполнения ручья. Так обеспечивается принудительное получение поковок заданной формы и размеров. Метод штамповки обеспечивает высокую точность и качество поковок, высокий КИМ (коэффициент использования металла), высокую производительность при сравнительно невысокой стоимости 8.2. Инструменты и оборудование при штамповке Инструментами являются штампы: открытые и закрытые. Открытыми называются штампы, у которых вдоль всего внешнего контура окончательного ручья выполнена специальная облойная канавка. При штамповке в эту канавку (узкую щель) вытекает часть металла заготовки, образуя по контуру поковки облой, который затем обрезается. Штампы, в которых металл деформируется в замкнутом пространстве, т.е. без облойных канавок называют закрытыми, а штамповку в них –безоблойной. Это более рациональный и экономичный метод. Нагрев при нём должен быть безокислительным для снижения угара. Штампы различают одно- и многоручьевые, при этом различают ручьи предварительные и окончательные. Штамповку осуществляют на кривошипных прессах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), гидравлических прессах, высокоскоростных молотах. 8.3. Методы горячей штамповки а) Для горячей штамповки применяют кривошипные, гидравлические и другие прессы, на которых получают заготовки разнообразной формы и размеров: шатуны, шестерни, диски, фланцы и другие. Штамповка производится в основном осаживанием, расплющиванием, выдавливанием с образованием облоя и без него. б) Штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) (рис.9) применяют для получения поковок в виде стержней с головками, сквозными и глухими отверстиями, боковыми выступами, фланцами и т.п. ГКМ представляет собой горизонтальный кривошипный пресс с вертикальным разъёмом штампов и горизонтально движущимся ползуном. Достоинствами процесса являются: а) высокое качество штамповки; б) отсутствие облоя и штамповочных уклонов; в) высокий КИМ; г) автоматизация процесса. в) Горячее гидродинамическое выдавливание (ГГДВ) –перспективный метод обработки давлением. Этим методом получают фасонные заготовки режущего инструмента из быстрорежущих сталей и заготовок из трудно деформируемых сплавов. Метод ГГДВ заключается в выдавливании металла через окно матрицы при ударе бойка (молота). При этом пространство между стенками матрицы-контейнера и заготовкой заполняется графитом, обеспечивающим при ударе бойка всестороннее сжатие (давление) на заготовку и пластическое течение металла. Качество штамповки высокое. г) Высокоскоростная штамповка ответственных деталей: лопаток авиадвигателей, втулок гильз и др. из жаропрочных и титановых сплавов. Сущность метода заключается в высокой скорости деформации заготовки при падении бойка со скоростью 20-40 м/сек. Высокая скорость деформации обеспечивает хорошую прорабатывемость структуры, высокие свойства и точность штамповки д) Горячая раскатка применяется для кольцевых заготовок, колец подшипников, бандажей двигателей на специальных машинах. Заготовка принудительно вращается и деформируется валками, увеличиваясь в диаметре и уменьшаясь по толщине. Метод обеспечивает получение заготовок высокого качества При выборе наиболее рационального метода штамповки определяют КИМ и выбирают тот метод, при котором значение КИМ наибольшее, а отходы наименьшие , где Р д –вес детали; Рз –вес заготовки; Vд –объём детали; Vз –объём заготовки γ- удельный вес материала детали Холодная штамповка применяется для изготовления плоских и пространственных тонкостенных деталей из листового материала. При холодной штамповке различают: а) разделительные операции - резка, вырубка, пробивка, обрезка и др.; б) формоизменяющие операции –правка, гибка, вытяжка и др.; в) штампо-сборные –соединение в замок, соединение с отбортовкой, с обжатием роликами; г) комбинированные –сочетают использование разделительных и формоизменяющих операций. Холодную штамповку выполняют в штампах, состоящих из пуансона и матрицы. Достоинства: а) высокая прочность и жёсткость тонкостенных деталей сложной формы; б) высокая производительность; в) экономия металла Тема 1.3. Cварочное производство [9] Основы сварки металлов (рис.10) Сварка –процесс получения неразъёмных соединений металлов, осуществляемый на основе использования сил межатомного сцепления. Сварку выполняют с нагревом и без нагрева; плавлением или давлением. При сварке с нагревом процесс осуществляется местным нагревом свариваемых поверхностей до температуры расплавления. При расплавлении кромок свариваемых деталей образуется ванна жидкого металла, который после затвердевания соединяет детали без приложения внешних сил. В процессе движения источника тепла и сварочной ванночки вдоль кромок детали происходит непрерывная кристаллизация металла с образованием сварного шва. По расположению соединяемых деталей сварные соединения различают: встык, внахлёст, тавровые и угловые (рис.11) Основные способы ручной электродуговой сварки Дуговой сваркой называется процесс, при котором для расплавления кромок соединяемых деталей используют тепло, выделяемое при горении электродуги, питаемой постоянным или переменным током. Дуга горит между электродом и изделием. При сварке применяют неплавящиеся угольные или вольфрамовые электроды (сварка по методу Бенардоса). Деталь включают в цепь постоянного тока анодом (+), а электрод –катодом (-). Электрод служит для поддержания горения дуги, а присадочный материал в виде проволоки подают сбоку. Также при сварке используют плавящиеся металлические электроды (метод Славянова). Электрод служит для поддержания горения дуги и является присадочным материалом. Ток –постоянный или переменный. Сварочная дуга может быть отрытой или защищённой. При сварке открытой дугой зона сварки не защищена от окружающей среды. Для защиты сварочной дуги и ванны в зону сварки подают инертные газы (аргон, гелий) или применяют электроды с обмазкой. 3. Способы автоматической электродуговой сварки (рис.12) В производстве широко применяют следующие способы автоматической электродуговой сварки: а) плавящимся металлическим электродом; б) неплавящимся вольфрамовым электродом; в) под слоем флюса. При сварке плавящимся металлическим электродом используется электродная проволока большой длины в мотках, подаваемая в зону дуги автоматически, она прижимается к токоведущим контактам и скользит по ним, проводя сварочный ток, питающим дугу. Дуговой автомат поддерживает горение дуги, подаёт электродную проволоку и перемещает дугу по линии сварки. Сваривают металлы толщиной 4-15 мм. Для защиты дуги и сварочной ванны применяют углекислый газ, аргон, гелий. Для сварки используют автоматы АДС –-8 и сварочные тракторы. Для металлов толщиной до 6 мм широко применяют сварку неплавящимся вольфрамовым электродом. Сварка выполняется в среде аргона или гелия с присадкой или без присадки. Присадку подают сбоку от электрода в виде проволоки d=1-2 мм. Сварочные горелки служат для удержания электрода, подведения сварочного тока и подачи защитного газа. Напряжение на дуге 8-15 в. Для защиты дуги и сварочной ванны также применяют флюсы, а сварка называется «под слоем флюса». При сварке флюс подаётся из бункера по трубке впереди электрода. Голая электродная проволока подаётся с катушки в зону дуги автоматически. Дуга горит под слоем флюса. После сварки часть флюса отсасывается в бункер и используется вновь, а другая часть плавится и затвердевает коркой на шве. После сварки корку отбивают и удаляют со шва. Сваривают стали толщиной 10-40 мм. 4.Электроконтактная сварка (рис.13) При электроконтактной сварке нагрев осуществляется пропусканием электрического тока большой величины через место сварки. Различают точечную, шовную (роликовую) и стыковую сварку. При точечной сварке внахлёст детали сжимают между стержневыми медными электродами, пропускают через них ток, нагревающий до расплавления. После выключения тока расплавленный металл кристаллизуется под небольшим давлением и образуется сварочная точка, общая для свариваемых металлов. При шовной сварке применяются электроды в виде медных роликов. При вращении роликов детали, свариваемые внахлёст, зажимаются между ними и движутся поступательно, через ролики поступает ток, свариваемый металл плавится, кристаллизуется и образуется непрерывный сварной шов. Стыковая сварка характеризуется нагревом деталей при пропускании через них сварочного тока и сжатием при больших удельных давлениях. Широко применяют стыковую сварку оплавлением, при которой на обе свариваемые части детали подают напряжение, затем их сближают и при соприкосновении торцев происходит их касание микровыступами. При этом микровыступы плавятся и выбрасываются в расплавленном состоянии из зазоров. При полном оплавлении торцев производят сильное сжатие и происходит сварка. Этим методом сваривают объёмные детали простого и сложного сечения диаметром до 60 мм. Газовая сварка и резка металлов (рис.14) 5.1. Горючие газы и аппаратура для газовой сварки Газовой сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений, при котором для нагрева до расплавления кромок соединяемых деталей используют тепло, выделяемое при сгорании смеси горючих газов с кислородом. Горючим газом служит ацетилен, температура пламени которого 3150ºС. Кислород –газ без запаха, цвета. Он не горюч, но активно поддерживает горение. Перевозится в стандартных баллонах светло-синего цвета ёмкостью 40 л., содержащих 6 м3 газообразного кислорода при давлении 150 атм., вес баллона 76 кг. Ацетилен (С2Н2) –газ с резким неприятным запахом, его получают из карбида кальция (СaС2) при действии воды. При разложении 1 кг. СaС2 выделяется 250-300 л. ацетилена. Процесс происходит в ацетиленовых генераторах. Ацетилен транспортируется в баллонах белого цвета, ёмкостью 40 л., вмещающих 5 м3 газообразного ацетилена при давлении 19 атм. Рабочим инструментом является газовая горелка, в которой смешиваются ацетилен с кислородом и смесь сгорает на выходе из сопла наконечника. .2. Технология газовой сварки Газовую сварку применяют при изготовлении тонкостенных изделий из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Сварку выполняют в нижнем, потолочном и вертикальном положениях. По расположение соединяемых деталей получают соединения: встык, внахлёст, тавровые и угловые. Перед сваркой стыки зачищают. При сварке вручную в зону горения факела подаётся присадочная проволока. Горелку при сварке держат под наклоном к изделию, чем тоньше металл, тем больше угол наклона. На горелке устанавливаются съёмные наконечники с различным диаметром сопел. Во время сварки производится касание наконечника горелки и присадочной проволоки с целью равномерного нагрева ос новного и присадочного металла и перемешивания жидкого металла в сварочной ванне. .3. Газокислородная огневая резка металлов Это процесс, при котором металл в зоне резания нагревается до высоких температур и удаляется из полости реза в расплавленном состоянии или в виде жидких окислов. Огневая резка применяется для обрезки обдирки слитков, разрезки проката, раскроя листов, вырезки заготовок. Сущность газокислородной резки состоит в том, что часть металла в зоне реза сгорает в кислороде, а другая часть расплавляется. Расплавленный металл и окислы удаляются из зоны реза струёй кислорода. Для нагрева стали до температуры расплавления 1350-1450ºС применяют смесь ацетилена и кислорода. Для резки используют ацетиленовые генераторы или баллоны с ацетиленом, баллоны с кислородом, газовые редуктора и резаки. Резак отличается от сварочной горелки наличием дополнительного канала для подачи режущего кислорода. На производстве применяются ручную и автоматическую резку Сварка легированных сталей, чугунов и цветных сплавов 6.1. Свариваемость легированных сталей и методы сварки Легированные стали обладают различной свариваемостью, на которую влияют: а) хим. состав сталей; б) структура; в) способы получения сталей; г) термообработка и др. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода меньше 0,3% обладают хорошей свариваемостью; среднеуглеродистые (С - 0,3-0,5%) –пониженной; высокоуглеродистые (С больше 0,5%) –плохой свариваемостью. Высоколегированные нержавеющие стали (12Х18Н9Т и др.) широко применяются для сварных конструкций. Они имеют структуру аустенит, хорошо свариваются, но склонны к образованию кристаллизационных трещин и пористости. При сварке они требуют хорошую газовую защиту аргоном или гелием со стороны дуги или проплава. .2. Сварка чугуна - трудновыполнимая задача т.к.: а) в чугуне много примесей; б) пористая металлическая основа; в) чугун хрупок и склонен к образованию трещин; г)чугун неоднороден по химическому составу и структуре. Различают электродуговую горячую и холодную сварку. Горячую дуговую сварку выполняют только в нижнем положении с подогревом деталей до 600-700ºС чугунным электродом d=8-20 мм. Ванна жидкого металла имеет большой объём (сила тока до 200 А). Охлаждение жидкой ванны для получения структуры серого чугуна. Качество сварки высокое, но процесс длителен и трудоёмок. Холодная дуговая сварка производится без подогрева деталей стальными электродами d=3-4 мм. Сила тока –ампер. Чугун сваривается узкими швами, короткими прерывистыми участками, чтобы избежать сильного разогрева и образования трещин. Наблюдается хрупкость шва, но способ простой и применяется часто. 6.3. Сварка титановых сплавов При высокой температуре титан и его сплавы активно реагируют с кислородом, азотом, водородом и растворяют большое количество газов. При поглощении газов титановые сплавы теряют пластичность, становятся твёрдыми, хрупкими и склонными к образованию трещин в зоне сварки. На производстве применяются: а) аргоно-дуговая сварка вольфрамовыми электродами; б) сварка под слоем флюса; в) электроннолучевая сварка и др. При аргоно-дуговой сварке для защиты применяют аргон или гелий, подаваемые со стороны дуги или со стороны проплава. Хорошие результаты получают при дуговой сварке в камерах, заполненных аргоном. Также применяется электроннолучевая сварка в вакуумных камерах или специальных установках. Качество сварных соединений высокое. 7. Пайка металлов Пайкой называется процесс соединения металлических деталей расплавленным металлом или сплавом припоя. Припой вводится в зазор между нагретыми соединяемыми деталями. Припой смачивает поверхности детали, соединяет их после охлаждения и затвердевания. Перед пайкой поверхности готовят: шлифованием шкуркой, травлением, применением флюсов (хлористый цинк, ортофосфорная кислота, глицерин, канифоль, кислота, бура. При пайке применяют мягкие припои с температурой плавления менее 350ºС и твёрдые припоем с температурой плавления 700-900ºС. Мягкие припои готовят на основе свинца и олова с присадками сурьмы, серебра, висмута, кадмия. Прочность низкая σвр=100-120 МПа. Твёрдые припои: медные, медно-свинцовые, серебряные обеспечивают высокую прочность σвр=500 МПа. Пайку широко применяют в авиастроении: при сборке узлов и панелей, соединении трубопроводов и электропроводов, сотовых панелей и др. 8. Производство деталей из металлических порошков 8.1. Общие сведения о порошковой металлургии. Порошковая металлургия является одним из методов изготовления различных полуфабрикатов и готовых деталей из порошков металлов и их сплавов. Сущность порошковой металлургии заключается в изготовлении порошков металлов и их сплавов с последующим прессованием в формы и спеканием при высокой температуре и давлении. Она обеспечивает получение материалов и деталей с высокими жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, магнитными свойствами, красностойкостью и др. которые невозможно методами литья и обработки давлением. Метод обеспечивает высокий Ким. Недостаток –низкая пластичность и ударная вязкость. .2. Металлокерамические порошковые материалы. –это пористые, фрикционные, магнитные, электроконтактные. К пористым относятся материалы с пористостью 15-30%, а) антифрикционные –бронзографитовые и железографитовые (для подшипников скольжения); б) фильтры из порошков железа, бронзы, никеля, нержавеющих сталей (для очистки топлива в двигателях самолётов, тракторов, автомобилей); в) фрикционные –на основе железа или меди содержат кварцевый песок, окислы тугоплавких соединений ( в самолётостроении, автомобилестроении в тормозных узлах и узлах сцепления), Имеют повышенную хрупкость и низкую прочность, поэтому наносятся на стальную основу. г) магнитные материалы –ферриты, постоянные магниты и магнито-диэлектрики для радио- и электротехники. Ферриты прессуют из порошков железа или окислов железа и спекают. Постоянные магниты прессуют из порошков железа, алюминия, никеля, кобальта, меди и термообрабатывают (закалка, закалка + отпуск). Магнито-диэлектрики состоят из магнитных частиц, разделённых диэлектриком (смола, каучук). д) электроконтактные материалы изготавливают из смеси порошков тугоплавких металлов с медью, серебром, никелем. Применяют в реле, пускателях, регуляторах напряжения, аппаратуре управления Способы производства металлокерамических деталей Технологический процесс изготовления деталей включает в себя следующие операции: а) получение металлического порошка –механическим методом в специальных мельницах; б) формование прессованием (холодным. гидростатическим, мундштучным). прокаткой; в) спекание –после формования для повышения прочности; г) отделка –абразивная калибровка, термическая и химико-термическая обработка. РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ. Инструменты формообразования в машиностроении. Для механической обработки поверхностей различной формы применяются разные методы обработка и, соответственно, разные металлорежущие инструменты поверхность метод инструмент Цилиндрическая наружная точение, шлифование резец, шлиф. круг Цилиндрическая внутренняя расточка, сверление, зенкерование, развёртывание, протягивание, внутреннее шлифование резец, сверло, зенкер, развёртка, протяжка, шлиф. круг Плоская фрезерование, строгание, долбление, шлифование фреза, строгальный резец, долбяк, шлиф. круг Резьбовая точение, резьбонарезание резец, плашка, метчик Зубчатая зубофрезерование, зубострогание, зубодолбление, протягивание фреза, зубострогальный резец, долбяк, протяжка Фасонная точение, фрезерование, шлифование резец, фреза, шлиф. круг 2. Сущность процесса резания металлов Процесс резания металлов заключается в снятии с заготовки определённого слоя металла с целью получения поверхности необходимой формы и размеров. Металлорежущий инструмент –это часть станка, непосредственно воздействующая на заготовку. Сложный процесс резания металлов имеет свои закономерности, которые необходимо знать для того чтобы: а) сделать этот процесс производительным и экономичным; б) правильно рассчитывать и конструировать станки, приспособления и режущие инструменты. Основными вопросами, изучаемыми наукой о резании металлов, являются следующие: а) инструментальные материалы; б) геометрия режущего инструмента; в) физические основы процесса резания; г) силы, возникающие в процессе резания; д) износ инструмента, его стойкость, скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента; е) режимы резания (глубина резания, скорость резания, подача). . Развитие науки о резании металлов. Основоположниками науки о резании металлов являются русские учёные. В 1868 году проф. С-Петербургского горного института И.А. Тиме впервые дал описание внешней картины процесса резания, выдвинул гипотезу, трактующую процесс резания как процесс последовательного скалывания частей срезаемого слоя, предложил первую классификацию типов стружек. В 1893 г. проф. Харьковского политехнического института К.А. Зворыкин развил представление Тиме о стружке на основе приложения к процессу резания положений теоретической механики и сопротивления материалов. Он дал аналитический вывод уравнения для определения силы резания. Он же впервые при помощи сконструированного им динамометра провёл эксперименты по определению зависимости сил резания от элементов режимов резания. В 1915 году мастер механических мастерских С. Петербургского политехнического института Я.Г. Усачёв применил металлографический метод исследования процесса стружкообразования. Он же впервые исследовал процесс наростообразования на режущем инструменте. В советский период развития появились быстрорежущие стали, твёрдые сплавы, допускающие скорости резания до 2500 м/мин по стали. В период с 1936 по 1941 гг. по единому плану передовые заводы провели более 120000 экспериментов по установлению прогрессивных режимов резания. В последующие годы используются такие методы исследования как: металлографический, координатных сеток, высокочастотной киносъёмки, рентгеновский и ряд других 4. Материалы для изготовления режущего инструмента 4.1. Условия работы инструмента, требования, предъявляемые к инструментальным материалам, группы инструментальных материалов В процессе резания инструмент, его режущая часть подвергается большим давлениям, трению и нагреву, что приводит к износу режущего инструмента или даже к полному разрушению (рис.15). Поэтому основными требованиями к инструментальным материалам являются: . достаточная твёрдость (HRC), прочность σи и ударная вязкость; 2. теплостойкость –способность инструментального материала сохранять достаточную твёрдость при высоких температурах нагрева в течение длительного времени. Для изготовления режущего инструмента применяются следующие группы инструментальных материалов: - инструментальные углеродистые стали; инструментальные легированные стали; быстрорежущие стали; металлокерамические твёрдые сплавы; минералокерамические твёрдые сплавы; алмазы (синтетические и природные; абразивные материалы; конструкционные стали (для державок). 4.2. Инструментальные углеродистые стали У7, У8, У9, У10А, У11А, У12А, У13А. Содержание углерода до 1,3%, твёрдость после термообработки HRC 58…64 ед. Теплостойкость невысокая –…300ºС. в связи с этим из этих сталей изготавливают инструмент, работающий с невысокими скоростями резания (слесарный инструмент). Чем больше в стали содержание углерода, тем он твёрже и хрупче. Это и определяет область их применения. Из высокоуглеродистых сталей делают инструменты со спокойной нагрузкой - напильники, шаберы, из низкоуглеродистых - зубила, кернеры, клейма, штампы 4.3. Инструментальные легированные стали Теплостойкость инструментальной углеродистой стали можно повысить введением в неё легирующих элементов: хрома (Х), вольфрама (В), молибдена (М), ванадия (Ф), марганца (Г). Стали с добавкой таких элементов называются инструментальными легированными. Их теплостойкость –-300ºС. Из них изготавливаются инструменты, работающие при значительных скоростях резания. 9ХС –метчики, плашки, мелкий инструмент для обработки отверстий. ХВГ –протяжки, длинные развёртки. Эти стали мало деформируются при термообработке. 4.4. Быстрорежущие стали Р18, Р9, Р18Ф2, Р9К5, Р9Ф5 Буква Р –сталь быстрорежущая, цифра после буквы содержание вольфрама в %. Во всех марках около 4% хрома. Твёрдость быстрорежущих сталей HRC 65 ед., теплостойкость 600-700ºС, поэтому инструменты из быстрорежущих сталей допускают скорость резания в 2-3 раза больше по сравнению с инструментальными легированными сталями. Недостаток –значительное содержание дорогостоящего дефицитного вольфрама. Снижают содержание вольфрама введением ванадия и кобальта (Р9Ф5, Р9К5). Режущие свойства при этом сохраняются. При изготовлении резцов быстрорежущую сталь применяют в виде пластинок, напаиваемых на державку, которая изготавливается из обычной конструкционной стали. При изготовлении более сложного инструмента (свёрла, зенкеры, развёртки, метчики, фрезы) режущую часть изготавливают из быстрорежущей стали, а нерабочую часть –хвостовик из конструкционной стали, соединяемых сваркой. 4.5. Металлокерамические твёрдые сплавы состоят из тугоплавких карбидов вольфрама, титана, молибдена, распространённых в кобальтовой цементирующей связке. Карбиды обладают значительной твёрдостью HRВ 87-92 и высокой теплостойкостью 800-900ºС, обеспечивают высокую режущую способность инструмента, допускают скорости резания в 3-4 раза больше по сравнению с Р18. Кобальтовая связка обладает вязкостью и создаёт у инструментов необходимое сопротивление удару и изгибу. Твёрдые сплавы подразделяются на 4 группы: вольфрамовые (ВК) титановольфрамовые (ТК) Титанотантало вольфрамовые (ТТК) безвольфрамовые ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10; Т5К10, Т15К6, Т30К4; ТТ7К12 ТН30М ВК8 содержит 8% кобальтовой связки и 92% карбида вольфрама Т15К6 –% кобальта,15% карбида титана, остальные 79% карбида вольфрама 12% кобальта, 7% карбида титана и тантала, 81% карбида вольфрама 30% никеля и молибдена и 70% карбида титана для обработки чугунов, а также сталей при черновой обработке для работ без ударной нагрузки(чистовая обработка) при работе с ударами: строгание, фрезерование, сверление стальных поковок и отливок аналогично группе ТК 4.6. Минералокерамические материалы Дороговизна и дефицит вольфрама заставляют изыскивать заменителей металлокерамических сплавов. Одним из них является минералокерамика ЦМ 332, основу которого составляет глинозём Al2O3 . ЦМ 332 обладает высокой твёрдостью HRC 91-93 ед. и теплостойкостью t =1200ºС, но уступает металлокерамическим сплавам по пределу прочности на изгиб (30-40 кг/мм2) и по этому имеет ограниченное применение на операциях чернового и чистового точения чугунов и сталей 4.7. Алмазы – самые твёрдые природные минералы (чистый углерод). Обладают твёрдостью около 10000 кг/мм2, теплостойкость до 850ºС, обладают высокой износоустойчивостью, обеспечивают сохранение у инструментов острой режущей кромки. В природе встречаются в виде небольших кристаллов различной формы. Из кристаллов и их осколков изготавливают однолезвийный режущий инструмент и алмазнометаллические карандаши для правки шлифовальных кругов, а также притирочные пасты. Недостатки алмазов: хрупкость (σи = 40 кг/мм2) и дороговизна. Синтетические алмазы получают из графита при высоком давлении и высокой температуре. полученные кристаллы дробят в порошки, которые используют для изготовления алмазного абразивного инструмента. 4.8. Сверхтвёрдые материалы На основе порошков из алмазов КНБ (кубического нитрида бора) и их смесей производится гамма различных сверхтвёрдых поликристаллических материалов: эльбор Р –получают в виде крупных поликристаллов (d=3-6 мм., длина 4-5 мм). твёрдость до 9000 кг/мм2, , теплостойкость t до 1400ºС. прочность σи = 100 кг/мм2 ) Применяется при обработке закалённых и цементированных сталей, высокопрочного чугуна, твёрдых сплавов, как для лезвийного, так и для абразивного инструмента; исмит; гексанит Р; славутич (журнал «Машиностроитель, №3 1975 г. стр. 26-30) 4.9 Конструкционные стали: сталь 45, 40, 40Х, 45Х, 40ХН применяются для изготовления державок, хвостовиков, корпусов сборного режущего инструмента. РАЗДЕЛ 3. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ТОЧЕНИЕМ И СТРОГАНИЕМ Тема 3.1. Геометрия токарного резца Части и элементы токарного резца Токарные резцы используются на токарных станках для обработки цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, а также торцовых поверхностей, образующихся в результате вращения заготовки и поступательного перемещения резца. Резец состоит из головки (рабочей части) и тела (стержня), служащего для закрепления резца в резцедержателе токарного станка (рис.16). Головка резца образуется специальной заточкой и имеет следующие элементы: а) передняя поверхность (1) - поверхность, по которой сходит образующаяся при обработке стружка; б) задняя поверхность (5), (4) –поверхность, обращённая к обрабатываемой поверхности заготовки:(5) - главная задняя поверхность, (4)- вспомогательная задняя поверхность; в) режущие кромки –главная (6), вспомогательная (2), образующиеся при пересечении передней и задней поверхностей; г) вершина резца (3) образуется при пересечении главной и вспомогательной режущих кромок Поверхности и характерные плоскости при резании токарными резцами При точении на заготовке различают следующие поверхности (рис.17): а) обрабатываемая поверхность(1), находящаяся перед резцом; б) поверхность резания (2) –поверхность, образующаяся режущей кромкой резца; в) обработанная поверхность(3) –новая поверхность, получаемая после снятия стружки. Для рассмотрения углов резца в качестве исходных установлены следующие координатные плоскости: а) плоскость резания (4) –плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку резца. б) основная плоскость (5) –плоскость, параллельная плоскости поперечной подачи и перпендикулярная к плоскости резания (нижняя опорная поверхность резца –его подошва). 3. Углы резца (рис.18) –рассматриваются в следующих плоскостях: а) главная секущая плоскость N-N, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость (углы α, β, γ, δ); б) вспомогательная секущая плоскость N1-N1 перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость (углы α1, β1, δ1); в) вид сверху (углы в плане) –φ; φ1; ε; г) вид по стрелке А –угол λ. . Передним углом γ называется угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку (рис.19.1). Он может быть положительным (+γ), отрицательным (-γ) и равным нулю γ=0 в пределах от (-10º) до (+30º) 2. Задним углом α называется угол между главой задней поверхностью и плоскостью резания (рис.19.2). Значения α в пределах 4º до 15º 3. Углом заострения β называется угол между передней поверхностью и главной задней поверхностью (рис19.3) β = 90º- (α + γ) 4. Углом резания δ называется угол межу передней поверхностью и плоскостью резания (рис.19.4) δ = 90º- γ; δ = α + β; . Главным углом в плане φ называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи (рис.19.5) φ = 30º … 90º 6. Вспомогательным углом в плане φ1 называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи (рис. 19.6) φ1 = 5º … 45º 7. Углом при вершине резца ε называется угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость ε = 180 º - (φ + φ1) 8. Угол наклона главной режущей кромки λ измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости (рис.19.7). Угол λ расположен между главной режущей кромкой и линией, проведённой через вершину резца параллельно основной плоскости. λ = (-5º) … (+15º) 4. Углы резца в процессе резания Передний угол γ оказывает влияние на процесс образования стружки. С его увеличением облегчается врезание резца в металл, уменьшаются силы резания, и уменьшается расход мощности на процесс резания. Задний угол α служит для уменьшения силы трения между задней поверхностью и поверхностью резания. При его значительном увеличении снижается прочность резца. Угол λ служит для отвода стружки в определённом направлении: при (+λ) к обработанной поверхности, при (-λ) –к обрабатываемой поверхности. Положительный угол наклона главной режущей кромки служит для упрочнения режущей кромки. поэтому при ударных работах (прерывистой обработке) резцами с твёрдосплавными пластинами, а также при обработке закалённых материалов λ = (-5º) … (+20º). При положительном значении угла λ ударная сила в момент врезания приходится не на вершину резца, а на более прочное место, удалённое от вершины. Углы в плане φ и φ1 Уменьшение вспомогательного угла в плане φ1 приводит к уменьшению шероховатости поверхности, однако при этом увеличиваются силы резания 5. Типы резцов Резцы классифицируют по следующим признакам: а) по направлению подачи –правые и левые. Правые резцы работают с подачей справа налево при вращении заготовки против часовой стрелки. Левые –наоборот. Определить вид резца можно с помощью ладоней правой и левой рук. Если главная режущая кромка расположена на стороне большого пальца правой руки, то резец правый. б) по форме и расположению головки относительно стержня - прямые, отогнутые, изогнутые и с оттянутой головкой. в) по виду обработки (рис.20) –проходные, подрезные, расточные, отрезные, прорезные, галтельные, резьбовые, фасонные. Тема 3.2. Элементы режима резания и срезаемого слоя 1. Движения резания В процессе обработки заготовка и режущий инструмент перемещаются относительно друг друга. Одно из этих движений, определяющее скорость отделения стружки, называется главным движением резания, второе, обеспечивающее непрерывность врезания режущей кромки в новые слои металла называется движением подачи При обработке на токарных станках главным движением является вращение заготовки, а движением подачи поступательное перемещение резца в продольном или поперечном направлении. Элементы режима резания (рис.21) Элементами режима резания при точении являются: глубина резания, величина подачи и скорость резания а) Глубина резания t –толщина срезаемого слоя за 1 проход, измеренная в направлении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности. При точении глубина резания равна полуразности диаметров до и после обработки . При отрезке детали или проточке различных канавок глубина резания равна ширине резца, т.е. ширине прорезки б) Скорость резания V, (число оборотов или частота вращения n) Скоростью резания при токарной обработке является путь перемещения в единицу времени обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей кромки инструмента. На металлорежущих станках скорость резания устанавливается в числах оборотов, соответствующих данной окружной скорости резания (об/мин) (мин-1) Из этой формулы выводится формула определения окружной скорости при известном числе оборотов (м/мин), где D - наибольший диаметр обрабатываемой заготовки; 1000 –коэффициент перевода метров в миллиметры в) Подача –это величина перемещения режущей кромки резца за один оборот обрабатываемой заготовки. В зависимости от направления перемещения резца различают продольную подачу вдоль оси центров Sпрод , поперечную подачу Sпоп –перпендикулярную оси центров станка и наклонную подачу под углом к оси центров станка (в результате, в зависимости от величины угла, получается коническая поверхность различной крутизны. Различают подачи на 1 оборот заготовки Sо (мм/об) и минутную Sмин = Sо · n (об/мин) Элементы срезаемого слоя (рис.22) а) Толщина среза а - расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания, измеренное в направлении перпендикулярном к режущей кромке ∆АВК = sinφ; АК=а; АВ = s; = sinφ; = s sinφ б) Ширина срезаемого слоя b –расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное вдоль режущей кромки ∆CNB = sinφ; CN = t; ВС = ; = sinφ; = в) площадь поперечного сечения срезаемого слоя равна произведению толщины a и ширины b срезаемого слоя Машинное время (рис.23) Машинное время Тм (основное То) –это время, в течение которого происходит процесс снятия стружки. Оно равно отношению пути перемещения инструмента к скорости подачи инструмента. То = = (мин), где: - путь резца в направлении подачи; - длина обрабатываемой поверхности y –недовод резца к заготовке для предотвращения удара при врезании (величина врезания). (мм); - число проходов резца на данной операции; Δ = 2-3 мм –величина перебега; h –припуск на обработку на 1 сторону; n, sо, t –элементы режима резания Тема 3.3. Физические явления при токарной обработке Физические явления, сопровождающие процесс резания Металл, срезаемый режущим инструментом с заготовки называется стружкой. Процесс резания (стружкообразования) представляет собой сложный процесс, включающий ряд взаимосвязанных явлений: а) упругие и пластические деформации; б) интенсивное трение; в) тепловыделение; г) наростообразование; д) завивание и усадка стружки; е) износ режущего инструмента; ж) упрочнение поверхностного слоя металла. Изучение всех физических явлений, происходящих в процессе обработки необходимо для правильного выбора режимов резания и рационального конструирования режущего инструмента. 2. Процесс стружкообразования Процесс резания металлов есть процесс последовательного сдвига (скалывания) элементов срезаемого слоя (рис.24). По мере передвижения резец своей передней поверхностью сжимает частицы металла, вызывая сначала упругую, а затем и пластическую деформацию. Когда давление резца превысит силу сцепления частиц металла срезаемого слоя, происходит скалывание, образование элемента стружки и перемещение его по передней поверхности резца. Скалывание элемента стружки происходит по плоскости сдвига (скалывания) АВ под углом сдвига β1 ≈ 45°. По мере образования элементов стружки сила Pz увеличивается, а в момент отделения (срыва) быстро падает, затем снова возрастает и т.д. Возникающие вибрации резца и детали отрицательно сказываются на точности и чистоте обработанной поверхности, износе резца, работе станка. Для предупреждения этого необходима жёсткость системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), т.е. надёжное закрепление детали, отсутствие излишних зазоров у движущихся частей станка, правильная геометрия инструмента. 3. Типы стружек В зависимости от обрабатываемого материала, подачи, скорости резания, геометрии резца процесс стружкообразования происходит различно, поэтому различают следующие типы стружек (рис.25) а) стружка надлома - образуется при обработке твёрдых и хрупких материалов (чугун, бронза); б) элементная стружка - встречается редко т.к. образуется при обработке твёрдых мяловязких материалов. в) ступенчатая стружка состоит из элементов, прочно связанных между собою. Образуется при обработке стали средней твёрдости при средней скорости резания. Прирезцовая поверхность гладкая, а противоположная сторона –ступенчатая с острыми зазубринами. г) сливная стружка –образуется при обработке с большой скоростью резания вязких (пластичных) материалов. Прирезцовая поверхность стружки гладкая, а противоположная сторона имеет малозаметные шероховатости, т.к. элементы стружки малы. Сливная стружка опасна, поэтому резцы для обработки вязких материалов с большими скоростями необходимо оснащать стружколомателями (рис.26) . Упрочнение обработанной поверхности В результате пластической деформации, возникающей при резании от значительного удельного давления режущей кромки обработанная поверхность получает структурные изменения –измельчение зерна, рекристисталлизацию, называемую наклёпом. Наклёпанный (упрочнённый) слой имеет повышенную твёрдость и прочность, но более хрупок, поэтому отрицательно влияет на работоспособность деталей. Величина наклёпа (глубина «дефектного» слоя) зависит от метода обработки Т= 0,005…1,5 мм. 5. Нарост при резании металлов При обработке вязких металлов резанием можно заметить, что на передней поверхности инструмента у самой режущей кромки как бы приваривается кусочек метала клиновидной формы (рис.27). Это так называемый нарост, состоящий из мельчайших частиц спрессованного металла, крепко приставшего к инструменту под действием высокой температуры (1000…1200°С) и давления стружки (100…200 кг/мм2). Твёрдость нароста может быть в 2-3 раза больше твёрдости обрабатываемого метала. Нарост существенно влияет на процесс резания: изменяются углы γ и α, износ инструмента, и качество обработанной поверхности. При грубых обдирочных работах, когда требования к чистоте обработанной поверхности невысокие нарост допустим. При чистовых операциях нарост необходимо удалять. Исследованиями установлено 4 зоны скоростей резания с характерными особенностями наростообразования. 1-я зона V = 0…5 м/мин - нарост не образуется, чистота поверхности хорошая. Такие скорости характерны для развёртывания, протягивания, резьбонарезания; -я зона V = 5…20 м/мин - идёт увеличение нароста; -я зона V = 20…60 м/мин - уменьшение нароста; -я зона V > 60 м/мин - прекращение наростообразования Таким образом, всю чистовую обработку следует вести на высоких скоростях. Обдирочные работы следует вести со скоростями, при которых нарост образуется, т.к. чистота обработки значения не имеет, а положительные стороны нароста –предохранение режущей кромки и увеличение переднего угла –выступают на первый план Завивание и усадка стружки Завивание стружки в спираль вызывается тем, что слои стружки, прилегающие к резцу, деформируются больше (рис.28). Со стороны действия силы Р элементы стружки утолщаются, приобретая клиновидную форму в результате чего и создаётся завивание. В результате пластического сжатия срезаемого слоя стружка оказывается короче того участка с которого она срезается, т.е.<; Толщина стружки an будет больше а. Это явление называется усадкой стружки 7. Влияние смазочно-охлаждающих технологических средств СОТС на процесс резания При резании металлов в результате затрачиваемой работы возникает теплота. Действуя на режущий инструмент теплота при нагреве размягчает его, делая менее износоустойчивым и изменяет его размеры. От действия теплоты изменяются и размеры обработанной поверхности, что снижает точность обработки. Для отвода теплоты от режущего инструмента и заготовки применяют смазочно-охлаждающие технологические средства, которые уменьшают трение и облегчают процесс стружкообразования. Действие СОТС двояко: . смазывающее действие приводит к снижению не только работы трения, но и работы деформации и, следовательно, к уменьшению общего количества тепла, выделяемого при резании; охлаждающее действие заключается в отводе тепла из зоны резания. В качестве СОТС применяются: а) эмульсии (водные растворы эмульсолов). Эмульсол представляет собой раствор мыла и органических кислот в минеральном масле. Эмульсии обладают большой теплоёмкостью, поэтому применяются, когда основной целью является охлаждающее действие для повышения стойкости инструмента, а чистота обработанной поверхности не имеет большого значения; б) минеральные и растительные масла применяются на операциях, где требуется высокая чистота обработки (протягивание, зубонарезание и т.д.) Тема.3.4. Сопротивление резанию при токарной обработке Силы, действующие на резец (рис.29) Для того, чтобы происходило резание к резцу должна быть приложена некоторая сила, которая должна преодолеть сопротивление материала разрушению (стружкообразованию). Силами сопротивления резанию являются: а) силы упругой деформации Pyп и Pyп1 , перпендикулярные к передней и задней поверхностям; б) силы пластической деформации Pп и Pп1; в) силы трения Т и Т1 Т = f (Руп +Рп); Т1= f (Руп1 +Рп1); f- коэф-т трения по передней и задней поверхностям резца и обрабатываемой заготовки. Сумма проекций сил сопротивления Pyп, Pп, Pyп1, Pп1, Т, Т1 на горизонтальную плоскость преодолевается силой Pz. Сумма проекций этих же сил на вертикальную плоскость уравновешивается силой Ру. Разложение равнодействующей силы резания при точении (рис.30) Равнодействующую всех сил, действующих на резец со стороны заготовки можно назвать силой сопротивления резанию. В практических расчётах используется не равнодействующая сила R, величину и направление которой трудно определить, а её составляющие, направление которых совпадают с главным движением станка Pz и направлениями продольной и поперечной подач Py и Px Pz –сила резания или тангенциальная сила, касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения резания; Py - радиальная сила, действующая перпендикулярно оси заготовки в направлении, противоположном движению поперечной подачи; Px –осевая сила (сила подачи) –действующая параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению продольной подачи. 3. Действие сил Pz ,Py и Px на инструмент, заготовку и станок (рис.31) а) Сила Pz стремится изогнуть резец в вертикальной плоскости, для этого сечение державки резца B х H рассчитывается на напряжение изгиба. Кроме того сила Pz действует на заготовку, создаёт момент сопротивления резанию Мс.р. , преодолеваемый моментом вращения станка Мвр Мвр > Мс.р. б) Сила Ру стремится оттолкнуть резец от заготовки, возникающая при этом сила реакции Ру1 изгибает заготовку в горизонтальной плоскости. Если заготовка недостаточно жёсткая может возникнуть деформация от действия силы Ру1. Для уменьшения деформации в некоторых случаях применяют специальные приспособления (люнеты). в) Сила Рх стремится вывернуть резец из резцедержателя и действует на механизм подачи станка, поэтому необходимо выполнение условия Рх1 > Рх 4. Мощность, затрачиваемая на резание Определяется сложением мощности, затрачиваемых на преодоление каждой из составляющих сил резания Px, Py и Pz. Nрез = N Pz + N Py + N Px (кВт) Мощность –это работа, произведённая в единицу времени 60 –коэф-т перевода минут в секунды; 102 = 1,36 75 –коф-т перевода кгм/сек в кВт; Т.к. Vy=0, N Py = 0; N Px = (0,01…0,02) N Pz этим значением можно пренебречь. Таким образом : Pz в кВт, V в м/мин Для обеспечения возможности резания необходимо выполнить условие Nрез < Nшп Мощность на шпинделе станка Nшп =Nдв η , где Nдв - мощность двигателя, а η - КПД станка (из паспортных данных станка) 5. Влияние различных факторов на силы Px, Py и Pz Величина сил резания зависит от следующих факторов: обрабатываемый металл, глубина резания, подача, передний угол резца, главный угол в плане резца, радиус закругления при вершине резца, СОТС, скорость резания, износ резца а) обрабатываемый металл Чем больше предел прочности при растяжении σв и твёрдость HB обрабатываемого металла, тем больше силы Px, Py и Pz . Приняв условно за единицу силу при обработке незакалённых сталей с σв =75 кг/мм можно получить поправочные коэффициенты kmz для сталей с другими значениями σв kmz = б) глубина резания и подача Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объём деформируемого метала, тем больше сопротивление металла стружкообразованию, тем больше силы резания. Опытным путём установлена зависимость Pz = С Pz t x s y кгс (н Показатели степени х и у при t и s показывают степень влияния глубины резания и подачи на величину силы резания. х = 1; у = 0,75; х > у, из этого вытекает, что величина подачи меньше влияет на силу резания, поэтому выгоднее работать с большими подачами. в) Передний угол γ (рис.32) Чем больше угол γ, тем меньше угол резания, тем легче врезание резца в металл, тем меньше силы резания. При определении силы резания влияние переднего угла учитывается поправочным коэффициентом k γ г) Главный угол в плане φ (рис.33) Главный угол в плане φ имеет больше влияние на силы резания Px, и Py , на силу Pz угол φ влияния почти не оказывает. С увеличением сила Px резко возрастает. Влияние φ на силы резания учитывается коэффициентом kφ д) Радиус закругления при вершине резца r (рис.34) С увеличением радиуса при вершине резца r силы Pz и Py увеличиваются, а сила Px –уменьшается. Влияние r на силы резания учитывается коэффициентом kr е) СОТС Применение СОТС уменьшает силы трения, следовательно силы резания уменьшаются. ж) Износ резца С увеличением износа режущего инструмента в следствие увеличения сил трения силы резания увеличиваются. з) Скорость резания (рис.35) Экспериментально установлено, что с увеличением скорости резания силы резания уменьшаются в диапазоне скоростей резания от 50 до 500м/мин 6. Формулы определения сил резания Pz ,Py и Px На основе изучения зависимостей сил резания от различных факторов построены формулы определения сил резания Pz = Cpz t xpz s ypz v n kpz (кг); Py = Cpy t xpy s ypy v n kpy (кг); Px = Cpx t xpx s ypx v n kpx (кг); В этих формулах: Cpz, Cpy, Cpx –коэффициент, учитывающий условия обработки (обрабатываемый материал, материал инструментаи др.); t, s, v –глубина резания (мм), подача (мм/об), скорость резания (м/мин); xpz; ypz; xpy; ypy; xpx; ypx; n – показатели степени при t, s и v. Значения коэффициентов Cp в зависимости от конкретных условий обработки определяются по таблицам нормативов. Если же условия обработки отличаются от табличных то эти значения изменяются поправочными коэффициентами kpz, kpy, kpx Общий поправочный коэффициент kpz является произведением ряда частных поправочных коэффициентов kpz = kmpz kφpz kγpz krpz kλpz Тема 3.5 Теплообразование при резании и износ режущего инструмента Источники образования тепла и его распределение Источником образования теплоты при резании металлов является работа, затрачиваемая: а) на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца; б) на упругие и пластические деформации в срезаемом слое металла. Количество тепла, выделяющегося при резании кал/мин, где Pz V –работа, затрачиваемая при резании (джоуль/мин) Е –механический эквивалент тепла Е= 427 дж/кал; Количество тепла тем больше, чем выше физико-механические свойства обрабатываемого металла σв , скорость, глубина резания, подача, угол резания δ , износ резца. Всё тепло распределяется между стружкой, резцом, деталью и окружающим пространством. Уравнение теплового баланса Q=Q1 +Q2 + Q3 +Q4, где: Q1 = (50-80)% от Q –тепло, уходящее в стружку; Q2= (40-10)% от Q - тепло, перешедшее в резец; Q3 = (9-3)% от Q –тепло, уходящее в деталь; Q4= 1% - в воздух. Тепло, переходящее в резец Q2 размягчает его (снижает твёрдость) и делает его менее износоустойчивым. Износ резцов (рис.36) При резании металлов в результате трения стружки о переднюю поверхность и задней поверхности об обрабатываемую поверхность происходит износ резца, протекающий в виде истирания и удаления микрочастиц с поверхности резца, а также в виде микросколов (выкрашивания) режущей кромки. На износ инструментов влияет ряд факторов: физико-механические свойства обрабатываемого металла, материала инструмента, состояние режущих кромок инструмента, состояние станка, жёсткость системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь) и ряд других. Резец изнашивается по передней и задней поверхностям. Износ по задней поверхности характеризуется высотой площадки hз по задней поверхности. По передней поверхности - глубиной лунки hл и шириной лунки в. Когда лунка достигает режущей кромки, последняя разрушается и резец выходит из строя. Для восстановления его необходимо переточить, сняв слой металла по передней и задней поверхностям (см. пунктирную линию) Критерии износа резцов (рис.37) На графике зависимости износа резца от времени его работы различают 3 характерных зоны (периода): I период –приработка (начальный износ); II период –период нормального износа; III период –период катастрофического износа. В какой точке следует производить переточку резца? В точках А и В переточка нежелательна, т.к. в точке А резец придётся слишком часто перетачивать, а в точке В придётся удалять большой слой металла. Установлены следующие критерии (признаки) износа инструмента: а) критерий блестящей полоски –когда на поверхности резания появляется блестящая полоска (происходит смятие поверхности резания затупившимся резцом). Применяется редко т.к. полоску трудно увидеть. б) критерий оптимального износа Оптимальным считается износ, при котором общий срок службы инструмента получается наибольшим. Оптимальное значение допускаемого износа по задней поверхности hз опт= 1.3 мм, что соответствует 40-60 мин. резания (используется наиболее часто) в) технологический критерий Инструмент считается изношенным, когда обработанная поверхность перестаёт отвечать предъявляемым требованиям (точность и чистота ухудшаются). Этот критерий применяется к инструменту, предназначенному для чистовой (окончательной) обработки Тема 3.6 Скорость резания, допускаемая режущими свойствами резца. . Скорость резания и стойкость инструментов Т (рис.38) С увеличением скорости резания уменьшается время обработки. Однако увеличение скорости без учёта конкретных условий обработки влечёт интенсивный износ инструмента, т.е. снижает его стойкость. Под стойкостью инструмента понимается время его работы до затупления, иначе говоря, время между переточками при допустимой величине износа. Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем он более производителен. Между V и Т существует тесная взаимосвязь; повышение скорости V понижает стойкость Т, т.к. увеличивается интенсивность его износа (обратная зависимость). Это видно из графика , где Cv –постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки (материала резца, заготовки, сечения резца и т.д.), m –показатель относительной стойкости, характеризующий влияние скорости резания на стойкость. Для одного и того же резца при одинаковых условиях Cv = VTm = const Т.к. Cv = const, то V1 T1m = V2 T2m; Из этого уравнения можно определить величину стойкости при увеличении скорости и наоборот. Например: при V1 = 200 м/мин T1= 60 мин при m=0,2 Какова стойкость T2 при V2 = 220 м/мин ? T2 = = 45 мин; При большой стойкости снижается производительность, а при малой резко возрастает расход инструмента и затраты времени на его переточки и перестановки. В обоих случаях работа нетехнологична. Стойкость следует выбирать таким образом, чтобы затраты на инструмент были минимальны. Такая стойкость называется экономической. На практике используются нормальные значения Тэк = 30-140 мин. Чем дороже и сложнее инструменты, тем его стойкость должна быть больше. 2. Влияние различных факторов на скорость, допускаемую режущими свойствами инструмента. а) обрабатываемый материал. Физико-механические свойства обрабатываемого металла (σвр, HB, теплостойкость, теплопроводность) оказывают большое влияние на допускаемую скорость. Поэтому все материалы можно разделить на три группы: труднообрабатываемые (жаропрочные стали и сплавы), нормальные (углеродистые конструкционные стали), легкообрабатываемые (алюминиевые сплавы). Если принять скорость, допускаемую резцом при обработке конструкционных сталей за единицу, то для жаростойких сталей допускаемые скорости в 2-3 раза меньше, а для алюминиевых сплавов в 4-5 раз больше по сравнению с конструкционными сталями. Для определения скорости резания составлены нормативы, в которых на различные обрабатываемые материалы, а также на различные значения σвр и HB установлены поправочные коэффициенты. Например: при σвр=120 кг/мм2 б) материал режущей кромки. Чем выше теплостойкость, износостойкость, теплопроводность материала инструмента, тем медленнее он изнашивается и тем с большей скоростью можно работать. Если принять скорость резания, допускаемую резцом из быстрорежущей стали Р18 за единицу, то для других сталей вводят следующие поправочные коэффициенты: Материал Р18 Р9 ХС У10 тв. сплавы Kи .5 ,5 От 3 до 10 в) глубина резания t и подача s C увеличением глубины резания и подачи возрастают силы резания, увеличивается тепловыделение. Это способствует более интенсивному износу резца, поэтому для обеспечения нормального резания необходимо снижать скорость резания. Таким образом, увеличение t и s приводит к снижению V; м/мин; где Сv –постоянный коэффициент, учитывающий условия обработки; xv и yv –показатели степени, указывающие на степень влияние t и s на скорость, причём xv < yv, т.е. увеличение глубины резания меньше влияет на скорость, чем подача. Это объясняется тем, что при увеличении глубины резания увеличивается контакт режущей кромки с заготовкой, больше тепла переходит в заготовку. Поэтому при заданной стойкости Т целесообразно работать с возможно большей глубиной резания, припуск выгодно снять за один проход. г) передний угол γ (рис.39) При увеличении угла γ до определённой величины стойкость увеличивается, после чего опять падает. Возрастание Т объясняется уменьшением силы резания, уменьшением угла заострения β, вследствие чего уменьшается теплоотвод и прочность резца. Для каждого материала заготовки, материала резца и других условий обработки есть своё значение γопт, при котором стойкость Т, и следовательно (при одинаковой стойкости) и скорости будут наибольшими. д) задний угол α Так же как и угол γ, с увеличением угла α первоначально скорости возрастают за счёт уменьшения трения, а затем, после определённой величины падают из-за снижения прочности и теплопередачи за счёт уменьшения объёма головки резца. Влияние углов α и γ на скорость резания, допускаемую резцом, учитывается поправочными коэффициентами kα и kγ.е) главный угол в плане φ (рис.40) С увеличением угла φ скорость уменьшается, т.к. уменьшается длина контакта режущей кромки с заготовкой,уменьшается теплоотвод от резца в заготовку ж) вспомогательный угол в плане φ1 –аналогично углу φ з) форма передней поверхности (рис.41) Для каждого конкретного случая принимаются различные формы передней поверхности, влияние которых учитывается поправочным коэффициентом kфv и) СОТС отводит тепло от стружки и инструмента, уменьшает силы трения, облегчая процесс резания, в итоге повышается скорость резания, допускаемая режущими свойствами резца. 3. Формула определения скорости резания, допускаемой режущими свойствами резца С учётом влияния рассмотренных выше факторов скорость резания определяется по эмпирической формуле м/мин, где Сv –постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки (обрабатываемый материал, материал режущей кромки, геометрия резца, форма передней поверхности); Т –стойкость резца (мин); t –глубина резания (мм); s –подача (мм/об); m, xv, yv –показатели степени Кv = Кмv* Киv * Kγ * Kφ * Kφ1 , где Kv –общий поправочный коэффициент на изменение условий обработки по отношению к тем, для которых даётся значение коэффициента Сv; Кмv , Киv , Kγ и т.д. –частные поправочные коэффициенты Тема 3.7. Расчёт и конструирование токарных резцов. Понятие о расчёте и конструировании режущего инструмента Под конструированием режущего инструмента понимают определение всех размеров и форм режущего инструмента путём расчётов и графических построений, составление рабочего чертежа, по которому ведётся изготовление инструмента по соответствующим технологическим процессам. При проектировании резцов решаются следующие вопросы: а) определяются силы, действующие на резец; б) выбираются оптимальные углы заточки режущей части; в) подбирается рациональная форма передней поверхности; г) выбирается наиболее подходящий материал режущей части и стержня; д) производится расчёт резца на прочность и жёсткость 2. Расчёт резца на прочность (рис.42) –черновая обработка; –чистовая обработка; L = (1…1,5) H Расчёт резца на прочность заключается в определении минимальных размеров сечения державки из условия прочности. На резец действует изгибающий момент Максимальный момент, допускаемый поперечным сечением державки М'изг = σ изг W (1) Так как Мизг = М'изг , то = [σ изг] W, где L –вылет резца относительно резцедержателя. (мм3) - момент сопротивления сечения державки резца. B и H –ширина и высота опасного сечения державки. Подставив значение W в уравнение (1) и решив его относительно при условии, что H= 1,6 B получим (мм) Для державок квадратного сечения мм; круглого мм 3. Расчёт резца на жёсткость Жёсткость определяется по стреле прогиба f = 0,1 (черновое точение); f = 0,05 (чистовое точение), где Е = 20000 …22000 кг/мм2- модуль упругости; (мм4)- момент инерции прямоугольной державки; I = 0,05d4 (мм4)- круглой державки Тема 3.8. Расчёт режимов резания при точении 1. Понятие о режимах резания Под режимами резания понимают совокупность значений глубины резания t , подачи s и скорости резания V(n) при обработке. Оптимальным является режим, при котором на данном станке обеспечивается наивысшая производительность и экономичность процесса обработки Различают два способа расчёта режимов резания: аналитический (по эмпирическим формулам) и табличный (по таблицам нормативов) 2. Порядок расчёта режимов резания Расчёт режимов резания производится в следующем порядке: а) выбор режущего инструмента; б) определение глубины резания; в) определение максимально возможной подачи; г) определение скорости резания V и n; д) определение силы резания Р и мощности N, потребной на резание; е) определение машинного (основного) времени tм. а) выбор инструмента В зависимости от вида обработки, обрабатываемого материала, требований к чистоте поверхности определяется тип резца, марка материала режущей кромки и геометрические элементы: форма передней поверхности, углы α, γ, φ, φ1, δ. б) определение глубины резани Глубина резания при наружном продольном точении (мм;) при подрезании торца t = L- l (мм), где L и l –длина детали до и после обработки; при прорезке канавок и отрезке t = b, где b- ширина режущей кромки резца. в) определение подачи Подача sо выбирается по таблицам справочников в зависимости от чистоты обработки: до 4 класса чистоты подачи для чернового точения, выше 4-го –для чистового точения. Выбранная подача корректируется по паспорту станка, причём принимается ближайшая меньшая подача sо пасп. г) определение скорости резания, допускаемой резцом м/мин, Т = 60 мин - стойкость резца; t и sо –известны Сv, m, xv, yv, Кv –по таблицам справочника технолога-машиностроителя т.2 по редакцией А.Н. Малова [6] табл.8 стр. 422 По найденной V определяется число оборотов (частота вращения) шпинделя, соответствующее окружной скорости резания n = (об/мин) и корректируется по паспортным данным станка. Принимается ближайшее меньшее число оборотов или большее, если разница между паспортным и расчётным значениями не более 5% расчётной величины оборотов. По принятому числу оборотов определяется фактическая скорость резания Vф = м/мин; Табличные значения скорости резания и числа оборотов по ОМН ч.1 [7] д) определение мощности, потребной на резание Pz –сила резания по формуле Pz = Cpz* t xpz * S ypz* V n * kpz (кг); Cpz ; xpz; ypz; n; kpz табл.20 стр. 429 [6] Полученная мощность должна удовлетворять условию Nрез ≤ Nшп Nшп = Nэл.дв. η (кВт) Nэл.дв. и η по паспорту станка В случае, если Nрез > Nшп необходимо снизить скорость резания, т.е. число оборотов, умножив на коэффициент снижения скорости Найдя новую скорость резания, необходимо определить число оборотов n, скорректировать его и т.д. е) определение машинного времени по соответствующим формулам с учётом nпасп. и Sо пасп. т. 3.9. Обработка строганием и долблением 1. Процесс резания при строгании и долблении (рис.43) Строганием и долблением получают главным образом плоские поверхности и пазы. Обработка производится на строгальных и долбёжных станках. Главным движением резания является возвратно-поступательное движение резца или стола с заготовкой. После каждого двойного хода производится движение подачи s (мм/дв.х). Режущими инструментами являются строгальные или долбёжные резцы, работающие с ударом в начале рабочего хода. Строгальные резцы (рис.44) изготавливаются отогнутыми из-за того, что в момент врезания (удара) резец отжимается и вершина его опускается ниже обрабатываемой поверхности, что может привести к порче обрабатываемой поверхности и поломке резца в результате его заклинивания. Из-за невысокой производительности вследствие наличия холостого хода строгание и долбление применяется в условиях единичного и мелкосерийного производства. 2. Режимы резания при строгании и долблении Порядок расчёта аналогичен точению: а) глубина резания t = h (припуск на обработку); б) подача s (по справочникам); в) скорость м/мин; г) число двойных ходов nдв.х = ,где L –длина хода стола; m = д) мощность, потребная на резание Nрез. < Nполз. е) машинное время b –ширина строгания; y = t ctg φ –врезание резца; Δ= 2-3 мм –сход резца. РАЗДЕЛ 4. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СВЕРЛЕНИЕМ, ЗЕНКЕРОВАНИЕМ И РАЗВЁРТЫВАНИЕМ Тема 4.1. Обработка металлов сверлением 1. Назначение и основные движения Сверление является одним из наиболее распространённых способов получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, когда требуемая точность не выходит за пределы 4-5 класса (11-12кв). Процесс сверления совершается при двух совместных движениях: вращение сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение) поступательного движения сверла вдоль своей оси (движение подачи). Сверление может осуществляться на сверлильных станках, где сверло совершает оба движения, на расточных и токарных станках, где вращение получает заготовка, а сверло - поступательное движение. Режущая часть сверла изготавливается из таких материалов как Р18, Р12, Р6М5, а также твёрдых сплавов группы ВК Части и элементы спирального сверла (рис.45) Наибольшее распространение получили спиральные свёрла, которые имеют следующие части и элементы: l1 –режущая часть; l2 –рабочая часть; l3 –направляющая часть; l4 –шейка; l5 –хвостовик; l6 –лапка. Режущая часть выполняет процесс резания, направляющая –обеспечивает направление сверла, хвостовик (конический или цилиндрический) для крепления сверла в шпинделе станка ил патроне, лапка служит упором при выбивании сверла из шпинделя станка. Элементами режущей части являются: 1 - передняя поверхность; 2 - задняя поверхность; 3 - главная режущая кромка; 4 - поперечная режущая кромка (перемычка); 5 и 8 –зуб (перо); 6 –ленточка, служащая для направления сверла и зачистки отверстия; 7 –сердцевина сверла; 9 –канавка, служащая для отвода стружки и подачи СОТС 3. Геометрия сверла (рис.46) а) угол при вершине 2φ = 60 - 140° - образован главными режущими кромками; б) угол наклона винтовой канавки ω (омега) –расположен между осью сверла и касательной к винтовой линии ленточки. Для различных точек режущей кромки величина ω уменьшается от периферии к центру. Это подтверждается зависимостью , где D –диаметр сверла; H – длина режущей части. Чем меньше D, тем меньше ω, т.е. чем ближе к оси сверла, тем меньше угол наклона винтовой канавки ( в центре ω = 0). Обычно на периферии ω = 18-30° в) передний угол γ Передней поверхностью является поверхность винтовой канавки. Так как угол наклона ω –величина переменная, также переменно и значение переднего угла. Поэтому определение переднего угла даётся для каждой конкретной точки режущей кромки. Угол γ рассматривается в главной секущей плоскости N-N в конкретной точке режущей кромки К. Он образован касательной к передней поверхности и линией, перпендикулярной к плоскости резания в этой же точке. γ = 25-30° у периферии; г) задний угол α Рассматривается в плоскости О-О параллельной оси сверла. Он расположен между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной к поверхности резания в этой же точке. Так как передний угол сверла переменный с целью обеспечения равнопрочности главной режущей кромки сверла задний угол путём заточки так же выполняют переменным, на периферии α= 8-14°, у сердцевины α = 25-30°. д) угол наклона поперечной кромки ψ (пси) расположен между проекциями главных режущих кромок на плоскость перпендикулярную оси сверла ψ = 50-55°. 4. Формы заточки свёрл С целью облегчения процесса стружкообразования и повышения режущих свойств свёрл в зависимости от диаметра сверла и обрабатываемого материала режущей части придают следующие формы заточки (рис.47) Н –нормальная D = 0,25 –мм для стали, чугуна; НП - нормальная с подточкой перемычки, сталь σвр > 50 кг/мм2; ДП –двойная с подточкой перемычки, сталь σвр > 50 кг/мм2; ДПЛ - двойная с подточкой перемычки и ленточки, сталь σвр > 50 кг/мм2, чугун со снятой коркой; ДП-2 - двойная с подточкой и срезанной перемычкой по методу В.И.Жирова, чугун со снятой коркой. Геометрия заточки –самостоятельно по учебнику[1] стр. 188-191 или стр. 209- 219 5. Элементы режимов резания и среза при сверлении (рис.48) а) глубина резания t при сверлении в сплошном материале при рассверливании , где d –диаметр ранее полученного отверстия; б) подача S –величина перемещения сверла вдоль своей оси за один оборот Sо (мм/об) или за одну минуту Sм (мм/мин). У сверла две режущие кромки, поэтому подача на одну режущую кромку Sz = (мм/зуб); в) скорость резания Vрез –окружная скорость наиболее удалённой от оси сверла точки режущей кромки. Определяется аналитически по формуле определения скорости, допускаемой режущими свойствами сверла (аналогично точению). По известной V (м/мин) определяют число оборотов сверла (частоту вращения) n, соответствующее данной окружной скорости по формуле n = (об/мин) Скорость резания переменна по величине для различных точек режущей кромки. В центе Vрез = 0. г) толщина и ширина среза (рис.49) Толщина среза a –минимальное расстояние между двумя последовательными положениями режущей кромки сверла a = Sz sinφ мм; Ширина среза b равна длине режущей кромки b = sinφ мм; д) машинное время L= l +y +Δ –величина перемещения сверла в направлении подачи; l –глубина сверления; y = = t ctg φ –величина врезания; Δ =1-2 мм –величина перебега. 6. Силы, действующие на сверло и мощность, потребная на резание (рис.50) В процессе резания сверло испытывает сопротивление со стороны обрабатываемого материала. Равнодействующая сил сопротивления, действующая вдоль его оси называется осевой силой подачи Ро . Её величина определяется по эмпирической формуле Ро = CpDzp SypKp кг; Она преодолевается силой механизма подачи станка Ро' > Ро Силы Py, возникающие на обеих режущих кромках взаимоуравновешивают друг друга. Силы Pz , действующие на главные режущие кромки создают момент сопротивления резанию Мр, величина которого определяется по формуле M = Cm Dzm Sym Km кгм. Момент сопротивления резанию преодолевается крутящим моментом на шпинделе станка Мшп Мшп > Мр Мр = 975000 ; ; Nр < Nшп; Nшп = Nдв ηст ηст –КПД станка (по паспорту) 7. Износ свёрл. Стойкость Свёрла изнашиваются в результате трения задних поверхностей о поверхность резания, стружки о переднюю поверхность, направляющих ленточек об обработанную поверхность и смятия поперечной кромки. Наиболее интенсивно изнашиваются задние поверхности, особенно у периферии, где скорость резания наибольшая. Так же как и для резцов для свёрл установлена норма допустимого износа, определяемая высотой площадки hз по задней поверхности сверла. Время до затупления (достижения допустимого износа) называется стойкостью. Стойкость неразрывно связана с износом. Чем больше допустимая величина износа, тем выше стойкость. Величина стойкости Т зависит также от скорости резания, диаметра сверла и обрабатываемого материала. Для свёрл из Р18 средние значения стойкости можно брать по следующей таблице: обрабатываемый материал диаметры свёрл 2-5 -14 -19 -24 -29 -34 -39 -44 -49 сталь чугун 30 8. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами сверла На скорость резания, допускаемую сверлом влияют: а) стойкость Т –с увеличением стойкости скорость уменьшается б) обрабатываемый материал –с увеличением механических свойств обрабатываемого материала (предел прочности, твёрдость) скорость уменьшается; в) материал режущей части сверла –с повышением теплостойкости инструментального материала скорость резания увеличивается; г) диаметр сверла - с увеличением диаметра скорость резания, допускаемая сверлом увеличивается, т.к. улучшаются условия теплоотвода; д) подача S –с увеличением подачи скорость резания уменьшается вследствие увеличения термодинамической нагруженности сверла; е) глубина сверления –при сверлении отверстий глубиной более 3D скорость резания снижается, что учитывается поправочными коэффициентами: 4D D D D D 0,85 ,75 ,7 ,6 ,5 ж) форма заточки –самостоятельно по учебнику стр. 203; з) CОТС –скорость резания увеличивается. Влияние перечисленных факторов на скорость, допускаемую сверлом, учитывается коэффициентами и показателями степени по следующим формулам: При сверлении (м/мин); При рассверливании (м/мин); Тема 4.2. Обработка материалов зенкерованием и развёртыванием Назначение зенкерования и развёртывания Свёрла из быстрорежущей стали обеспечивают обработку отверстий по 4-5 классу точности(11-12 квалитетам) и по 3-4 классу шероховатости. Свёрла с пластинками из твёрдых сплавов, работающие на более высоких скоростях резания обеспечивают обработку отверстий по 3-4классу точности (8-10 кв.) и 4-5 классу шероховатости. Для получения более точных отверстий (3-4 класс точности (8-10 кв.), 6 класс шероховатости) применяют зенкерование. Процесс зенкерования осуществляется зенкером, который служит для дальнейшей обработки отверстий, полученных после литья, штамповки или сверления. Эта обработка отверстия может быть либо окончательной, либо промежуточной (получистовой) перед развёртыванием, дающим ещё более точные отверстия (3-1 кл. точности, 7-9 кл. шероховатости). Характер работы зенкера подобен сверлу при рассверливании отверстий. По конструкции и оформлению режущих кромок зенкер несколько отличается от сверла и имеет 3-4 зуба. Процесс развёртывания осуществляется развёрткой. Развёртка во многом напоминает зенкер; основное её отличие от зенкера заключается в том, что она снимает значительно меньший припуск и имеет большее число зубьев –от 6 до 12. 2. Материалы и геометрия зенкеров и развёрток Зенкеры и развертки изготовляют как из инструментальных быстрорежущих сталей Р18 и Р9, так и с пластинками из твердых сплавов (Т15К6 при обработке сталей; ВК8, ВК6 и ВК4 при обработке чугунов); ручные развёртки изготовляют из сталей 9ХС и У12А. Передний угол γ у зенкера из инструментальной стали равен 10-20°, у развёрток γ = 0-10° (0° - для чистовых развёрток и при резании хрупких металлов). У зенкеров с твёрдосплавными пластинами γ = +5 –(-5)°, а у развёрток –от 0 до -5°. Задний угол α на режущей части у зенкеров и развёрток делается 6-15° (большие значения для малых диаметров); задний угол на калибрующей части равен 0, т.к. имеется цилиндрическая ленточка f. Главный угол в плане φ у зенкера 30-60°. У развёрток из инструментальных сталей: ручных φ = 0,5 –,5°; машинных при обработке сквозных отверстий в вязких металлах (стали) φ=15°; при обработке сквозных отверстий в чугунах φ=5°; при развёртывании глухих, а также сквозных отверстий по 3 классу точности и грубее φ = 45 –°; у развёрток оснащённых пластинками твёрдых сплавов φ = 30 –°; Элементы резания при зенкеровании и развёртывании Как и сверло, зенкер и развёртка совершают 2 движения: вращательное и поступательное. Элементы резания (толщина и ширина среза) в соответствии с рис. 51 и 52 определяются аналогично сверлению. Тема 4.3 Назначение режимов резания при сверлении, зенкеровании и развёртывании Производится для конкретных условий обработки и сводится к определению такой подачи и такой скорости резания, при которых резание будет наиболее производительным и экономичным. Порядок назначения режимов резания аналогичен точению: а) выбор режущего инструмента (тип, материал, геометрия); б) выбор подачи по справочникам [1],[5], корректирование по паспорту станка, определение силы подачи Ро и сравнение Ро'; Ро' > Ро в) выбор периода стойкости по нормативам; г) определение скорости резания, допускаемой режущим инструментом, определение числа оборотов, корректирование по паспорту станка; д) определение момента резания Мрез , по нему –мощности, потребной на резание; е) определение машинного времени. Примечания: 1. При зенкеровании и развёртывании скорость резания рассчитывается по формуле м/мин; 2. При зенкеровании производится проверка режимов резания по мощности привода главного движения; прочность механизма подачи не поверяется; 3. При развёртывании режимы резания по прочности и мощности станка не проверяются Тема 4.4. Конструирование свёрл, зенкеров, развёрток. 1. Свёрла Свёрла по назначению и конструкции делятся на спиральные, центровочные, пушечные, ружейные для глубокого сверления, кольцевые и специальные комбинированные ( по учебнику стр. 206-219). Наиболее распространены спиральные свёрла, расчёт которых ведётся в следующем порядке: а) диаметр сверла от 0,25 до 80 мм выбирается немного меньше диаметра просверливаемого отверстия с учётом разбивки при сверлении; б) длина рабочей части сверла lр = lс +3d, где lс –глубина сверления; d- диаметр отверстия; в) общая длина сверла L = lр + lхв + lш; lхв + lш –по ГОСТ 2847-45 г) диаметр сердцевины сверла dc в зависимости от его диаметра d d ,25 –,25 ,5 - 12 -80 dc (0,28 –,2)d (0,19 –,15)d (0,145 –,125)d д) ширина пера в(мм) зависимости от d d -8 -20 больше 20 в .62d 0.59d .58d е) средний диаметр конуса Морзе для свёрл с коническим хвостовиком (рис.53) Конусное закрепление сверла основано на трении между поверхностями хвостовика и втулки (конусного отверстия шпинделя). Исходя из угла конусности нормальная сила R создаёт силу трения Fтр = f R , где f = 0,1 –коэффициент трения; –нормальная сила Конусность хвостовика составляет 1:20 (около 3°) Сила трения создаёт момент трения С учётом условия Мтр = 3Мрез 3Мрез = R , откуда dср = 2. Зенкеры Зенкеры по назначению различают цилиндрические для обработки гладких отверстий, зенкеры для обработки конических отверстий (зенковки) и торцовые зенкеры (цековки) –для обработки плоскостей, сопрягаемых с отверстиями (торцовка бобышек, обработка ступенчатых отверстий и т.д.). По конструктивным признакам зенкеры делятся на цельные, сборные и насадные. Спиральные зенкеры для отверстий диаметром 12-35 мм цельные с коническим хвостовиком с 3-4 зубьями. Для d =25-80 мм –насадные с 4 –режущими зубьями, закрепляются в шпинделе станка с помощью оправки. Винтовые канавки у зенкера по глубине меньше, чем у сверла соответственно меньшему объёму снимаемой стружки. Dзенк = (dотв + δ) –,25 δ (мм), где dотв –диаметр обрабатываемого отверстия; δ –величина допуска на обрабатываемое отверстие Геометрические параметры зенкера выбираются по справочникам [6] Развёртки Развёртки предназначены для придания отверстиям высокой чистоты поверхности и точности. Делятся на ручные и машинные. По конструкции их различают на развёртки с цилиндрической, конической и квадратной хвостовой частью. По форме обрабатываемого отверстия - цилиндрические, конические и ступенчатые. По способу крепления зубьев –цельные, напайные, с механическим креплением зубьев, а также регулируемые. Ручные развёртки дают более точные отверстия и отличаются от машинных более длинной рабочей частью, меньшим углом φ, формой хвостовой части (рис.54) Расчёт развёрток заключается в следующем: а) диаметр калибрующей части Dразв = (dотв + δ) –,25 δ –(0,005…0,008) (мм), - ручные; б) диаметр у хвостовика D1 = Dразв –(0,005…0,008) – ручные; D1 = Dразв –(0,005…0,008) –машинные. в) число зубьев z = 1,5 + К, К =2 –вязкие материалы; К =4 –хрупкие материалы. г) угловой шаг неравномерный ω1 = 42°, ω2 = 44°, ω3 = 46°, ω4 = 48°. д) геометрия - по таблицам справочников РАЗДЕЛ 5. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ Тема 5.1. Обработка материалов цилиндрическими фрезами Назначение и основные движения процесса фрезерования Фрезерование является наиболее распространённым методом обработки плоскостей, пазов, фасонных поверхностей, а также резьб. Метод обеспечивает получение поверхностей 3-4 кл. точности (8-10кв.) при чистоте 4-7 кл. Режущим инструментом является фреза –многозубый инструмент, выполненный в виде тела вращения, на образующей или торце которого расположены режущие зубья с режущими кромками. Главное движение при фрезеровании –вращение фрезы, а движение подачи –поступательное движение заготовки, закреплённой на столе станка. Различают два основных вида фрезерования: цилиндрическое и торцовое (рис.55) Геометрия фрезы (рис.56) Обычно зубья фрезы выполняются по винтовой линии под углом наклона зубьев к оси фрезы ω. У цилиндрической фрезы с винтовым зубом направление главной режущей кромки совпадает с направлением винтовой линии. Передний угол γ рассматривается в плоскости перпендикулярной к главной режущей кромке (сеч. А-А) и расположен между касательной к передней поверхности и плоскостью перпендикулярной к плоскости резания. Задний угол α рассматривается в плоскости, перпендикулярной оси фрезы (сеч. Б-Б) и расположен между касательной к задней поверхности и касательной к поверхности резания (плоскости резания) 3. Элементы режимов резания и срезаемого слоя при цилиндрическом фрезеровании (рис.44) а) глубина резания t (мм) –величина срезаемого слоя в направлении перпендикулярном к обработанной поверхности; б) подача S –при фрезеровании различают 3 вида подачи: - минутная подача Sм –величина перемещения заготовки относительно фрезы за 1 мин Sм = Sz z n (мм/мин), где - подача на 1 зуб фрезы Sz (мм/зуб) –величина перемещения заготовки относительно фрезы за время её поворота на 1 зуб; z –число зубьев фрезы; n – число оборотов(частота вращения) фрезы. - подача на 1 оборот фрезы Sо = Sz z (мм/об)–величина перемещения заготовки относительно фрезы за 1 её оборот. в) ширина фрезерования В –ширина обрабатываемой поверхности в направлении параллельном оси фрезы. г) ширина среза b –длина соприкосновения режущей кромки зуба с обрабатываемой заготовкой. Для прямозубой фрезы b = В. При фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовым зубом ширина срезаемого слоя величина переменная. д) толщина среза а –переменная величина; в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой поверхностью а = min, а в момент выхода а = mаx (при попутном фрезеровании), при встречном –наоборот. е) Скорость резания Vрез –окружная скорость вращения фрезы. Первоначально определяется скорость, допускаемая режущими свойствами фрезы по аналитической формуле: Vрез = (м/мин); Затем по найденной окружной скорости определяется число оборотов 9частота вращения) фрезы по формуле: (об/мин),(мин-1) Встречное и попутное фрезерование Цилиндрическое фрезерование может осуществляться двумя способами (рис.58): а) встречное фрезерование (против подачи) - когда направление подачи противоположно вращению фрезы. При этом каждый зуб фрезы снимает стружку, толщина которой изменяется от 0 до max. Способ применяется при обработке заготовок под «корку» - черновая обработка. Фреза отрывает заготовку от стола, создаются вибрации, ухудшается чистота обработки. б) попутное фрезерование (по подаче) –направление подачи и вращение фрезы совпадают. Толщина стружки изменяется от max до 0. Фреза прижимает заготовку к столу станка. Способ обеспечивает хорошую точность при небольшой глубине резания и применяется при чистовой обработке. Условие равномерности фрезерования (рис.59) Основной особенностью фрезерования является периодичность работы зубьев, при этом в момент врезания нового зуба в металл происходит удар. С целью обеспечения более спокойной работы и равномерности процесса резания цилиндрические фрезы изготавливают с винтовыми (спиральными) зубьями. При этом в работе участвует одновременно несколько зубьев –один входит в контакт с заготовкой, второй в полном контакте, третий - выходит из контакта. Фрезерование будет равномерным в том случае, если площадь поперечного сечения среза будет оставаться постоянной, что имеет место когда ширина фрезерования В равна осевому шагу зубъев фрезы или кратна ему, т.е. В = Sос К, где К –коэффициент равномерности фрезерования К = 1;2;3;4 и т.д. Sос = ; SТ =; Sос = В = Sос К = К, отсюда К = = 1;2;3;4 и т.д Сила резания и мощность при фрезеровании (рис.60) При фрезеровании действуют силы, которые можно разложить на составляющие Pz; Py; Px Осевая составляющая силы резания Px= Pz tgω сдвигает заготовку вдоль оси фрезы и преодолевается силой подачи станка. Радиальная сила Py –отжимает фрезу от заготовки (учитывается при проектировании оправки). Касательная сила Pz –создаёт момент сопротивления резанию и преодолевается механизмом главного движения станка. Сила Pz определяется по формуле ф формуле: Pz = Kp кгс (н) Величины коэффициентов и показателей степеней выбираются по справочникам. Мощность, потребная на резание кВт Nр < Nшп; Nшп = Nдв ст; ηст – КПД станка (по паспорту) Машинное время (рис.61) (мин), где –длина перемещения инструмента; –длина обрабатываемой поверхности; –величина врезания. Для цилиндрических, дисковых, отрезных и фасонных фрез (мм) из тр-ка ОКМ D –диаметр фрезы, t –глубина фрезерования Sм - минутная подача(мм/мин); z – число зубьев фрезы; n – число оборотов фрезы; Δ - 1…5 мм –величина перебега Тема 5.2. Обработка материалов торцевыми фрезами 1. Виды торцового фрезерования При торцовом фрезеровании ось фрезы располагается перпендикулярно обработанной поверхности. Основную работу при торцовом фрезеровании производят боковые (главные) режущие кромки; торцовые кромки лишь зачищают обработанную поверхность. Различают симметричное и несимметричное торцовое фрезерование. Симметричное фрезерование называется полным, когда ширина фрезеруемой (обработанной) поверхности В будет равна диаметру фрезы. 2. Геометрия торцовых фрез Торцовые фрезы кроме переднего и заднего углов аналогичных цилиндрическим фрезам имеют также главный угол в плане φ и вспомогательный угол в плане φ1 (рис.62) . Главный угол в плане предназначен для уменьшения вибрации при обработке. Обычно φ = 60°. Вспомогательный угол в плане φ1 = 2…10° для уменьшения местного резания и трения об обработанную поверхность. Машинное время при торцовом фрезеровании При симметричном торцовом фрезеровании (рис.63) величина врезания у = R –OM. Из тр-ка ОКМ через D и B определится ОМ. В результате преобразований величина врезания при торцовом симметричном фрезеровании мм При несимметричном торцовом фрезеровании (рис. 51) из тр-ка ОМК Тема 5.4. Расчёт и конструирование фрез. 1. Классификация фрез Фрезы классифицируются по технологическому и конструктивному признакам По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей, пазов и шлицов, фасонных поверхностей, зубчатых колёс и резьб, для разрезки металлов. По конструктивным признакам различают: а) по направлению зуба –с прямыми, наклонными и винтовыми, а также с разнонаправленными зубьями; б) по конструкции зуба –с остроконечными (острозаточенными) и затылованными зубьями; в) по способу крепления зубьев –цельные, со вставными зубьями, сборные головки со вставными зубьями, с многогранными неперетачиваемыми пластинкам; г) по способу крепления фрез на станке –концевые (хвостовые) с цилиндрическим или коническим хвостовиком, насадные (фрезы с отверстием). 2. Формы заточки зубьев фрез В зависимости от формы обрабатываемой поверхности фрезы по форме зубьев различают на остроконечные (острозаточеные) и затылованные. В основном используются остроконечные зубья фрезы. Различают 3 типа остроконечных зубьев (рис.65): а) трапециедальный - прост в изготовлении, но несколько ослаблен. б) параболический –имеет повышенную прочность, но сложнее в изготовлении. в) с двойной спинкой –наиболее распространён, как сочетающий достоинства трапециедального и параболического зубьев. Переточка остроконечных фрез производится по задней поверхности, что легко осуществимо, но после переточки у этих фрез уменьшается пространство под стружку и теряется профиль. Поэтому при фрезеровании фасонных поверхностей применяются фрезы с затылованными зубьями, у которых задняя поверхность очерчена по спирали Архимеда и переточка производится по передней поверхности (рис.66). Основным достоинством (преимуществом) затылованного зуба является то, что после переточки по передней поверхности зуб сохраняет свой профиль h = const Величина АВ = K называется величиной падения кривой затылования Конструктивные элементы цилиндрических фрез (рис.67 Цилиндрические фрезы имеют обычно винтовые зубья с углом наклона ω = 30 -45°. Основными конструктивными элементами являются наружный диаметр фрезы D , длина L, посадочный диаметр d и число зубьев z. Диаметр фрезы выбирается в зависимости от глубины резания. t D -90 – - 150 L зависит от ширины фрезерования и принимается на 2…5 мм больше В. Значение диаметра d в зависимости от D принимается по таблице: Диаметр цельных 40 - - сборных - - оправок 16 Число зубьев фрезы в зависимости от характера обработки определяется по формулам: z = 1,05 крупнозубые для черновой обработки z = 2 мелкозубые чистового фрезерования 4. Торцовые фрезы применяются для обработки плоских поверхностей значительной ширины на вертикально-фрезерных станках, имеют режущие кромки на торцовой поверхности. Изготавливаются, как правило, насадными цельными или сборными. Торцовые фрезы насаживаются на оправу, закрепляемую в шпинделе станка коническим хвостовиком с помощью затяжного болта (штревеля). Вставные ножи изготавливаются из быстрорежущей стали или оснащают пластинками из твёрдого сплава. Число зубьев определяют по формулам z = 1,2 крупнозубые для черновой обработки z = 2 мелкозубые чистового фрезерования 5. Концевые фрезы При обработке небольших поверхностей применяются концевые фрезы, как правило, цельные с цилиндрическим (d = 3…10 мм) или коническим хвостовиком (d = 14…50 мм). Концевые фрезы работают, как правило, как торцовой, так и боковой цилиндрической поверхностями. Число зубьев определяется по формуле z = m , где m = 0,6 –фрезы с крупным шагом; m = 1 –с нормальным шагом. 6. Дисковые (пазовые) одно-, двух- и трёхсторонние (учебник [1] стр. 280-283 ) РАЗДЕЛ 6. РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ т. 6.1. Нарезание резьбы резцами . Методы образования резьб Резьбой называется винтовая канавка определённого профиля, выполненная на наружной или внутренней цилиндрической или конической поверхности. Образование резьбы производится тремя методами: а) нарезание нарезным инструментом: резьбовые резцы, резьбовые гребёнки, метчики, резьбонарезные плашки, резьбонарезные самораскрывающиеся головки, резьбовые фрезы; б) шлифование резьбы мелкозернистыми резьбошлифовальными кругами –однониточными и многониточными; в) накатывание резьбы накатными роликами, плоскими накатными плашками. 2. Нарезание резьб резцами и гребёнками Резьбовые резцы служат для нарезания наружной и внутренней резьбы. Они делятся на: а) стержневые однониточные и гребёнчатые (рис.68 а, б, в); б) призматические однониточные и гребёнчатые (рис.68 г); в) круглые (дисковые) –однониточные и гребёнчатые (рис. 69 д). Нарезание резьбы однониточными резцами малопроизводительно из-за большого количества проходов, но обеспечивает высокую точность и чистоту. Применение многониточных резцов (гребёнок) позволяет нарезать резьбы за один проход за счёт заборного конуса с углом φ Для обеспечения точного профиля резьбы передний угол γ делается нулевым. Назначение режимов резания аналогично точению. Особенностью является подача, равная шагу нарезаемой резьбы Тема 6.2. Нарезание резьбы метчиками и плашками Нарезание резьбы метчиками (рис.69) Метчики предназначаются для нарезания резьбы в глухих и сквозных отверстиях при работе на станках, а также вручную с помощью слесарного воротка, одеваемого на квадрат хвостовика. Метчик представляет собой винт с продольными стружечными канавками, образующими режущие перья метчика и создающими углы, необходимые для резания. Метчик состоит из рабочей части l, заборной части l1, калибрующей части l2 и хвостовика l3 Заборная часть метчика выполняет основную работу резания, а калибрующая - зачищает нарезанную резьбу. Рабочая часть l = l1+ l2 ; l1 = t * ctg φ; t –глубина профиля равна шагу резьбы при угле профиля 60°. На цилиндрической части хвостовика ручного метчика выполнены кольцевые канавки (1-3) обозначающие номер метчика из комплекта. Одна канавка –первый метчик, две - второй, три –третий. Каждый метчик из комплекта срезает свою часть профиля резьбовой канавки Недостатком является необходимость вывинчивания после нарезания резьбы. Назначение режимов резания аналогично точению, за исключением подачи, равной шагу резьбы Нарезание резьбы плашками (рис.70) Плашки применяются для нарезания наружных резьб вручную и на станках. Для крепления их применяют ручные или машинные плашкодержатели. Плашка представляет собой круглую, шестигранную или квадратную гайку, имеющую на резьбовой части от 3 до 8 стружечных отверстий, образующих режущие зубья на резьбовой поверхности. Для обеспечения врезания и нарезания за 1 проход режущие зубья плашки представляют собой гребёнки, имеющие заборный конус с обеих сторон φ = 20°. С учётом заборного конуса общая высота плашки H = 2l1 + l2, где l1 = (t + a)ctg φ –длина заборной части; t –высота профиля резьбы; а = 0,15…0,4 мм; l2 –длина калибрующей части, равная 3-6 шагам резьбы; Обычно H =(5…12)s Как и для метчика, недостатком является необходимость свинчивания плашек с нарезанной резьбы по окончании процесса нарезания резьбы, что можно устранить применением самораскрывающихся резьбонарезных головок т. 6.3. Нарезание резьбы дисковыми и гребёнчатыми фрезами Резьбовые фрезы подразделяются на дисковые однониточные для фрезерования длинных резьб (рис.71) и цилиндрические многониточные (гребёнчатые) –для коротких резьб (рис.72) Фрезерование производится на специальных резьбофрезерных станках. При фрезеровании длинных резьб деталь совершает число оборотов, равное числу витков, при этом за один оборот заготовки фреза перемещается на 1 шаг резьбы. Фреза устанавливается под углом к оси заготовки, равным углу подъёма витков резьбы. Обработка производится за один рабочий ход. При фрезеровании коротких резьб гребёнчатыми фрезами обработка выполняется за 1,3 оборота заготовки, при этом 0,3 оборота затрачивается на врезание фрезы в заготовку на глубину профиля резьбы. Главным движением является вращение фрезы, а движением подачи –медленное вращение заготовки (круговая подача). Тема 10.2 Накатывание резьб 1. Сущность процесса накатывания Накатывание резьбы заключается в пластическом деформировании материала заготовки под действием резьбонакатных инструментов –плашек и роликов. На поверхности заготовки образуется отпечаток резьбы, нанесённой на инструмент. Накатанная резьба имеет повышенные механические свойства за счёт уплотнения материала и благоприятного расположения волокон материала (рис.73) Производительность накатывания в 20 раз больше, чем при нарезании резцами, при этом точность и чистота получаемой резьбы высокие. Изготавливаются плашки и ролики из легированных инструментальных сталей: Х12М, 5ХНМ, твёрдость HRC 58…60 . Накатывание резьбонакатными плашками (рис.74) Заготовка под накатывание имеет диаметр равный среднему диаметру накатываемой резьбы. –подвижная плашка; –неподвижная плашка; –длина заборной части; –длина калибрующей части; –длина сбрасывающей части; ; ; ; ; –длина накатываемой резьбы 3. Накатывание резьбонакатными роликами (рис.62) Направление резьбы ролика всегда обратно направлению резьбы изделия. Главное движение –вращение роликов или возвратно-поступательное движение подвижной плашки. Скорость вращения роликов или движения плашки V= 25 …35 м/мин; ( 0,42…0,59 м/с) Подача –перемещение инструментов в радиальном направлении по отношению к детали Удельное усилие Py на 10 мм длины в зависимости от шага резьбы определяется по таблице. Машинное время Tм = (мин), где –частота оборотов или двойных ходов инструментов; –количество деталей, обрабатываемых за 1 оборот (двойной ход) инструмента. Накатывание роликами имеет ряд преимуществ по сравнению с накатыванием плоскими плашками: а) поддаётся регулированию время выдавливания резьбы, т.к. здесь оно зависит от окружной скорости роликов и скорости их сближения, а у плоских плашек это время зависит только от длины заборной части, поэтому роликами можно накатывать резьбу на сравнительно твёрдых материалах: б) ролики можно изготовить точнее (резьбошлифование), чем плашки (доводка вручную); в) возможность постепенного увеличения усилия давления, что обеспечивает накатывание резьбы на сравнительно тонкостенных деталях РАЗДЕЛ 7. ЗУБОНАРЕЗАНИЕ Тема 7.1. Нарезание зубьев зубчатых колёс методом копирования Способы нарезания зубьев зубчатых колёс. Профиль зубьев зубчатых колёс получают путём удаления материал, образуя впадину между двумя соседними с помощью зуборезного инструмента. Операция зубонарезания может осуществляться различными способами: а) фрезерованием с помощью профильных (модульных) фрез дисковых или концевых; червячных цилиндрических или конических, а также торцовых зуборезных головок для обработки конических с криволинейным зубом; б) строганием с помощью специальных резцов на зубострогальных станках; в) долблением с помощью долбяков на зубодолбёжных станках; г) шевингованием с помощью шеверов для чистовой обработки зубьев незакалённых зубчатых колёс; д) шлифованием с помощью заправленных шлифовальных кругов для чистовой обработки закалённых зубчатых колёс. Один и тот же способ зубонарезания можно осуществлять двумя основными методами: методом копирования и методом обкатки. Метод копирования основан на использовании фасонного режущего инструмента, профиль режущей части которого точно соответствует профилю впадины между зубьями. Метод обкатки основан на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент, совершающий кроме движения обкатки также и движение резания. Фрезерование дисковыми и пальцевыми фрезами по методу копирования (рис.76) Принцип работы заключается в том, что фреза прорезает одну впадину, затем возвращается в исходное положение, после чего заготовка поворачивается на угол , где (- число зубьев нарезаемого колеса), прорезается следующая впадина и т.д. Основными движениями являются: а) главное движение резания –вращение фрезы; б) движение подачи - перемещение заготовки относительно фрезы; в) движение деления –поворот заготовки на один зуб после прорезания очередной впадины с помощью универсальной делительной головки (УДГ). Для нарезания зубьев с модулем m<10 применяются дисковые модульные фрезы, а с m >10 –пальцевые, так как при больших модулях дисковые фрезы имеют большие диаметры. Достоинством фрезерования зубьев дисковыми модульными фрезами является простота наладки, не требующая специального оборудования. Недостатками являются: а) низкая производительность из-за прерывистого процесса фрезерования при делении; б) низкая точность получаемых зубьев. Теоретически каждому числу зубьев соответствует своя кривизна боковой поверхности зуба (своя делительная окружность) и, следовательно, своя фреза. На практике применяются наборы, состоящие из 8, 15 и 26 фрез Например, в наборе из 8 фрез для m=1,5 Номер фрезы 1 Число зубьев z -13 -16 -20 -25 -34 -54 -134 и > Тема 7.2. Зубонарезание по методу обкатки Нарезание по методу обкатки получило наибольшее распространение (высокая производительность, точность, универсальность инструмента) и обычно производится червячными модульными фрезами или долбяками. 1. Фрезерование червячной модульной фрезой (рис.64) Червячная модульная фреза представляет собой условно червяк, превращённый в режущий инструмент путём прорезания продольных фасонных пазов ( перпендикулярно виткам резьбы) с образованием передней поверхности, канавок для схода стружки и задней поверхности путём затылования. В процессе резания зубьев фреза и заготовка имитируют червячное зацепление, при этом: а) главное движение –вращение фрезы; б) движение подачи –перемещение фрезы вдоль заготовки sос (мм/об. или мм/мин) в) движение обкатки –вращение заготовки, согласованное с вращением фрезы , где nзаг –число оборотов заготовки; nф –число оборотов (частота вращения) фрезы; k –число заходов фрезы; z –число нарезаемых зубьев. 2. Долбление зубьев (рис.78) При обработке воспроизводится зацепление 2-х цилиндрических зубчатых колёс. Долбление зубьев используют для нарезания прямых и винтовых зубьев наружного и внутреннего зацепления. 2.1. Основные движения Основными движениями являются: а) главное движение –возвратно-поступательное движение долбяка м/мин (м/с); где: –длина хода долбяка; –число двойных ходов. б) движение подачи Sр –подача врезания в радиальном направлении до получения высоты зуба t. в) движение обкатки Sкр –согласованное вращение долбяка и заготовки Sр = (0,1…0,3) Sкр (мм/дв.х) Машинное время Так как обработка производится с радиальной и круговой подачами машинное время при зубодолблении складывается из 2-х составляющих: , где t –глубина профиля зуба; –длина делительной окружности. 3. Чистовая обработка зубьев зубчатых колёс Осуществляется шевингованием (незакаленные колёса) или шлифованием (закаленные зубчатые колёса) а) шевингование (рис.66) Обработка ведётся с помощью шевера, представляющего собой цилиндрическое зубчатое колесо на боковой поверхности зубьев которого прорезаны параллельные канавки параллельно торцу. В процессе работы дисковый шевер и колесо представляют собой зубчатую пару со скрещивающимися осями. Получая вращение от шпинделя, шевер сообщает вращение колесу. Вследствие скрещивания осей происходит скольжение зубьев шевера по поверхности зубьев колеса, при этом острые кромки канавок шевера снимают волосообразную стружку, одновременно периодически дают радиальную подачу t = 0,1…0,25 (мм) б) шлифование закаленных зубчатых колёс –может производиться методом копирования и методом обкатки. При методе копирования шлифовальный круг заправляется по профилю впадины между зубьями (движения обработки аналогичны фрезерованию дисковой модульной фрезой). При шлифовании по методу обкатки круг имеет профиль червячной фрезы –движения аналогичны фрезерованию червячными модульными фрезами Т.7.3. Расчёт и табличное определение режимов резания при зубонарезании 1. Элементы режимов резания при фрезеровании червячной модульной фрезой а) глубина резания t = 2,2m при обработке за 1 проход (m до 4 мм). При двухпроходном нарезании tпр = 1,4 m, tок = 0,8 m мм. б) подача so мм/об –перемещение фрезы за 1 оборот заготовки. Определяется аналитическим и табличным способами. Аналитически (мм/об. заг). –прямозубые колёса мм/об. заг.- косозубые колёса. β –угол наклона зубьев. Значение Cs –по таблице обрабатываемый материал углеродистая сталь легированная сталь чугун Cs ,65 ,7 в) скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента (фрезы) м/мин (м/с) г) мощность, потребная на резание кВт д) машинное время мин , где - путь фрезы q –количество одновременно нарезаемых колёс; - ширина зубчатого колеса; мм –величина врезания; - перебег т.7.4. Конструкции зуборезных инструментов Дисковые модульные фрезы Относятся к группе фасонных фрез с затылованной задней поверхностью зубьев (рис 80) Профилирование зубьев фрезы производится аналитическим нахождением координат точек эвольвентных кривых профилей зубьев (учебник стр. 303-305). Черновые модульные фрезы проектируются с углами γ = (5…10)° для облегчения резания. В этом случае неточности не имеют большого значения. У чистовых модульных фрез γ = 0° для обеспечения точного профиля. Конструктивные элементы дисковой модульной фрезы –наружный диаметр, диаметр отверстия и число зубьев следует выбирать по ГОСТ10996-64 (учебник [1], стр. 302) Червячные модульные фрезы Представляют собой винт с прорезанными продольными канавками, образующими элементы зубьев. Червячные фрезы используются 4-х классов точности (АА, А, В, С) для колёс 7,8,9,10 степеней точности. Согласно ГОСТ 9324-60 для фрез с m = 1…10 установлены диаметры De от 10 до 225 мм Основные размеры червячных фрез приведены в т.30 стр 317(учебник [1]). С увеличением диаметра уменьшается угол ω и уменьшается искажение профиля. При обработке на станках фрезы поворачиваются на угол ω (рис.81) с целью обеспечения прямого угла зуба колеса. Порядок расчёта червячной модульной фрезы для нарезания цилиндрического зубчатого колеса приводится в сборнике примеров и задач по резанию [3]) Долбяки По ГОСТ 9323-60 выпускаются цельные дисковые, чашечные и хвостовые. Долбяк представляет собой прямо- или косозубое зубчатое колесо, снабжённое передними и задними поверхностями с передними и задними углами на внешних и боковых поверхностях зубьев (рис.82) Порядок расчёта долбяка для нарезания прямозубых колёс приводится в сборнике примеров и задач по резанию [3]) РАЗДЕЛ 8. ПРОТЯГИВАНИЕ Тема 8.1.1. Процесс протягивания Протягивание является высокопроизводительным видом обработки сквозных отверстий и наружных поверхностей, главным образом фасонных. Метод обеспечивает получение отверстий 3-2 класса точности (7-8 кв) при чистоте 7-9 кл. Применяется в серийном и массовом производстве. Особенностью протягивания является съём всего припуска за 1 рабочий ход с помощью специального режущего инструмента –протяжки. Протяжка представляет собой стержень или рейку, снабжённую режущими зубьями. Режущие кромки зубьев имеют последовательное превышение (подъём) друг относительно друга от первого зуба к последующим, равное подаче на зуб sz Материалами для изготовления протяжек служат: ХВГ, Р9, Р18 и твёрдые сплавы Достоинства Недостатки 1. высокая производительность, точность и чистота; . простота обслуживания протяжных станков, позволяющих применять труд рабочих невысокой квалификации; . высокая стойкость инструмента . невозможность обработки глухих отверстий; .высокая сложность инструмента; . в процессе резания возникают значительные усилия. Что может вызвать деформацию обрабатываемых деталей Т.8.1.2. Схемы резания при протягивании Под схемой резания при протягивании понимается порядок в котором режущие зубья протяжек будут срезать припуск на обработку. различают 3 схемы протягивания: профильную, прогрессивную и генераторную. а) профильная схема (рис 83 а) –форма поперечного сечения протяжки сохраняется одинаковой у всех зубьев и отличается только размерами. Последняя режущая кромка окончательно формирует окончательный профиль. преимущества недостатки точные и чистые протянутые поверхности, относительно малое количество зубьев; Большая трудоёмкость изготовления и затачивания главных режущих кромок, имеющих сложный профиль б) генераторная схема (рис.83 б) –образование профиля главными режущими кромками происходит в виде дуг концентрических окружностей или параллельных прямых независимо от формы протягиваемой поверхности преимущества недостатки сравнительно малая трудоёмкость изготовления и затачивания протяжки неравномерное распределение припуска по периметру требует большего числа зубьев в) прогрессивная схема (рис.83 в) –образована чередованием коротких режущих кромок и широких стружкоразделительных канавок, расположенных в шахматном порядке через зуб. У протяжки режущие кромки разбиты на несколько секций по 2-4 зуба с одинаковым подъёмом sz Последние зубья у каждой секции срезают с поверхности резания выступы, остающиеся после прохода первых зубьев преимущества недостатки допускают подачу sz в 3-10 раз больше профильной, меньшие размеры впадин между зубьями, меньшие силы резания, высокая стойкость протяжек высокая трудоёмкость изготовления широких стружкоразделительных канавок Т.8.2. Расчёт и табличное определение рациональных режимов резания при протягивании (рис.84) а) Скоростью резания является скорость прямолинейного перемещения протяжки относительно обрабатываемой поверхности при рабочем ходе V = 2…12 м/мин (0,03…0,2 м/с) Рассчитывается по формуле м/мин (м/с); б) Подачей при протягивании является величина подъёма каждого зуба по отношению к предыдущему. Подача равна толщине слоя металла, срезаемого каждым зубом В отдельных случаях при прогрессивном протягивании наружных поверхностей в) Глубиной резания при протягивании является ширина слоя металла «b», срезаемого одним зубом протяжки и равной активной длине режущей кромки. Для круглой протяжки мм, где D- диаметр зуба, измеренный по режущей кромке Для шлицевой протяжки мм, где ширина шлица; n –количество шлицов г) Сила резания кгс (н), где - сила резания на 1 мм длины режущей кромки в зависимости от и обрабатываемого материала по таблицам расчёта режимов резания; - наибольшая суммарная длина режущих кромок всех одновременно работающих зубьев в мм; ; - тяговая сила станка, определяется по паспорту протяжного станка Необходимо выполнение условия д) Машинное время , где мм; - рабочая длина протяжки; - длина протягиваемой поверхности заготовки; y = 20-50 мм –длина перебега протяжки на вход и выход; V –расчётная скорость резания в м/мин; q –количество одновременно обрабатываемых деталей - коэффициент, учитывающий соотношение между скоростями рабочего и холостого ходов; К=1,4…1,5 т.8.3. Расчёт и конструирование протяжек Конструкция протяжки, работающей по профильной схеме (рис. 85) - замковая часть служит для закрепления протяжки на станке; - шейка служит для соединения замковой части с передней направляющей частью; - передняя направляющая часть - вместе с направляющим конусом служит для установки и центровки обрабатываемой детали перед протягиванием; - режущая часть состоит из режущих и зачищающих зубьев, которые, начиная со 2-го зуба постепенно увеличиваются в размере на величину подъёма на зуб Sz - калибрующая часть состоит из калибрующих зубьев одного размера равного диаметру зачищающих зубьев; - задняя направляющая часть препятствует перекосу протягиваемой детали и повреждению обработанной поверхности в момент выхода последних калибрующих зубьев из отверстия. На режущих и зачищающих зубьях выполняются стружкоразделительные канавки, расположенные в шахматном порядке (рис 86) tк = 5…10 мм; sк = 0,6…1,5 мм; hк = 0,4…1.0 мм Геометрия зуба протяжки (рис.86) мм - шаг зубьев, где - длина детали мм - глубина канавки; мм - толщина зуба - радиус канавки ; - отверстия 1кл. точности (6 кв.) - отв. 2…3 кл. точности (7…8) кв. - отв. 4 кл. точности (9…11) кв. Активная длина протяжки мм ; А –припуск под протягивание sz –подача в мм/зуб; zзач = 2…4 –число зачищающих зубьев zк = 3…8 –число калибрующих зубьев Расчёт протяжки на прочность Протяжка, рассчитанная на определённую длину детали не может быть использована для протягивания более длинных деталей. При работе протяжка испытывает напряжение растяжения. Опасным сечением протяжки является сечение по впадине перед первым зубом или сечение по замковой части Напряжение растяжения определяется по формуле: ; кгс/мм2 –допускаемое напряжение растяжения кгс (н), -сила резания мм2 –площадь опасного сечения; d- диаметр опасного сечения РАЗДЕЛ 9. ШЛИФОВАНИЕ Т.9.1. Абразивные инструменты Процесс шлифования Представляет собой широко распространённый метод окончательной (отделочной) обработки закалённых деталей, обеспечивающий высокую точность размеров 1-2 класса (6-7 квалитеты) и чистоту до 12 класса. В качестве режущего инструмента используются абразивно-шлифовальные круги (рис.87), состоящие из большого числа мелких твёрдых зёрен абразивного материала, скреплённых между собой различными связывающими веществами (связками). Шлифование сопровождается выделением значительного количества тепла t = (1000…1500)°С, поэтому требует интенсивного охлаждения содовыми растворами (20…60) л/мин. Абразивный инструмент делится на следующие виды: шлифовальные круги, алмазные круги, шлифовальные и алмазные головки, шлифовальные и алмазные сегменты. Шлифовальные круги и их характеристики Основным абразивным инструментом для шлифовки, заточки, доводки является шлифовальный круг, характеристиками которого являются форма и геометрические размеры, абразивный материал и его зернистость, связка, твёрдость, структура. а) абразивные материалы –бывают естественные (кварцевый песок, наждак, корунд, природный алмаз) и искусственные (электрокорунд, карбид кремния, синтетический алмаз). Широкое распространение в металлообработке получили искусственные абразивы и природный алмаз. Электрокорунд - состоит в основном из окиси алюминия Al2O3 - теплостойкость 2050°С, твёрдость HV= 2500 кг/мм2 , выпускается двух видов: Э –электрокорунд нормальный –для шлифования незакалённых сталей 16А, 15А, 14А, 13А,12А; ЭБ –электрокорунд белый –для фасонного шлифования закалённых сталей 25А, 24А,23А, 22А; Карбид кремния SiC t ≤ 2050°С; HV= 3600 кг/мм2; выпускается 2-х видов: КЧ –карборунд чёрный - для шлифования чугуна, бронзы, сплавов алюминия 55С, 54С, 53С; КЗ –карборунд зелёный –для шлифования металлов и металлокерамических твёрдых сплавов 64 С, 63С применяется для заточки инструментов Карбид бора В4С –HV= 4300 кг/мм2 обладает значительной хрупкостью. Идёт на изготовление пасты для доводки твёрдосплавных инструментов, абразивных кругов. б) зернистость - Абразивные материалы дробятся в шаровых мельницах, после чего полученные зёрна сортируются по размерам с помощью сита. В зависимости от размера зёрен устанавливаются номера зернистости. Размеры зерен колеблются от 3,5 до 2500 мкм. Наибольший размер зерна имеет номер 200. Шлифовальное зерно: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16; Шлифовальные порошки 12, 10, 8, 6, 4, 5, 3; Микропорошки М63, М50, М40, М28, М20, М14; Тонкие микропорошки М10, М7, М6, М5 г) связка –для соединения зерен в одно целое применяются органические и неорганические связки органические неорганические В –вулканитовая Б –бакелитовая ГФ - глифталевая К –керамическая М –магнезиальная С –силикатная д) твёрдость –способность связки удерживать зёрна в инструменте при воздействии сил резания. Установлена следующая шкала твёрдости шлифовальных кругов: мягкие М1, М2, М3; среднемягкие СМ1, СМ2; средние С1, С2; среднетвёрдые СТ1, СТ2, СТ3; твёрдые Т1, Т2; весьма твёрдые ВТ1, ВТ2; чрезвычайно твёрдые ЧТ1, ЧТ2 При выборе твёрдости шлифовального круга следует придерживаться следующих рекомендаций: 1) чем выше твёрдость материала, тем мельче круг; 2) чем больше глубина шлифования, тем выше твёрдость круга; ) с увеличением скорости шлифования твёрдость шлифовального круга уменьшается. д) структура –характеризует соотношение в единице объёма круга абразивного зерна, связки и пор. Абразивный инструмент имеет 18 номеров структур ( с 1 по 18) которые делятся на 4 группы: . (1 –) –плотные; 2.( 5 –) –среднеплотные; . (9-12) - открытые; 4. (13 –) –высокопористые Номер структуры определяет промежуток (расстояние) между зёрнами: чем больше номер, тем больше промежуток. Плотные структуры идут для чистовых и фасонных работ (прочность кромки). Открытые высокопористые - при обработке вязких и мягких материалов и плоском шлифовании торцем круга. Среднеплотные –при заточке режущего инструмента и всех видах плоского и круглого шлифования е) форма шлифовальных кругов (рис.75) ПП- плоский прямой; ПВ –плоский с выточкой; ПВД –плоский с двухсторонней выточкой; ЧЦ –чашечный цилиндрический; ЧК –чашечный конический; 2П –плоский с двухсторонним коническим профилем; Т –тарельчатый Маркировка шлифовальных инструментов (шлифовальных кругов) Для конкретных условий обработки требуется абразивный инструмент с определёнными физикомеханическими данными. В связи с этим его маркируют с указанием полной характеристики( абразивный материал, твёрдость, зернистость, связка, структура и максимальная окружная скорость. Например: ПП420 50 120 23А 25Н СМ15 К2А 35 м/с ПП –плоский прямой; 420 мм –наружный диаметр; 50 мм –высота; 120 мм - внутренний диаметр; А –электрокорунд белый; Н –зернистость; СМ1 –среднемягкий 1; К –керамическая связка; А –структура м/с –максимальная окружная скорость т. 9.2. Процесс шлифования [1],[2] Виды шлифования. Различают следующие виды шлифования: а) наружное круглое центровое шлифование; б) бесцентровое наружное круглое шлифование; в) внутреннее круглое шлифование, г) плоское шлифование периферией круга; д) плоское шлифование торцем круга. е) зубошлифование; ж) резьбошлифование Наружное круглое центровое шлифование. (рис. 76) Круглое шлифование в центрах различают: 1) с продольной подачей; 2) с поперечной подачей –врезное шлифование; 3) глубинное шлифование, при котором круг правится на конус или ступенями и весь припуск снимается за 1-2 продольных хода круга а) главное движение –вращение круга со скоростью б) движения подачи 1. Круговая подача –вращение заготовки 2. продольная подача детали (стола) обычно задаётся в долях ширины круга S=(0,2…0,6)Вкр мм/об. заг. 3. поперечная подача равна глубине резания t Тема 9.3. Расчёт и табличное определение рациональных режимов резания при различных видах шлифования Выбор абразивного инструмента. Назначение методов шлифования. Особенности выбора режимов резания при наружном шлифовании глубинным методом и методом радиальной подачи, внутреннем шлифовании, плоском шлифовании. Рациональная эксплуатация шлифовальных кругов. (самостоятельно по учебнику[1],[3]) Тема 9.4. Доводочные процессы [2] 1. Суперфиниширование Суперфиниширование - это процесс отделочной обработки мелкозернистыми колеблющимися брусками в сочетании с вращательными и возвратно-поступательными движениями. Суперфиниширование обеспечивает обработку наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, конических и плоских поверхностей с чистотой от Ra 0,04 до Rz 0,1 мкм. Суперфиниширование частично исправляет погрешности формы обрабатываемой поверхности. При суперфинишировании цилиндрических поверхностей рабочее движение (рис 77) брусков 2 относительно вращающейся обрабатываемой заготовки 1 складывается из 3-х движений: коротких осциллирующих движений (от 500 до 2000 двойных ходов в минуту) с величиной хода в пределах 1.5…6 мм, вращения заготовки и возвратно-поступательного движения головки 5 с брусками вдоль обрабатываемой поверхности (это движение совершает либо головка, либо обрабатываемая заготовка). Бруски поджимают к вращающейся обрабатываемой заготовке с малыми удельными давлениями от 0,1 до 0,5 МПа с помощью тарированных пружин. В процессе обработки происходит интенсивное срезание вершин гребешков микронеровностей. Толщина снимаемого слоя не превышает 0,005…0,01 мм. Обработка осуществляется на специальных станках. 2. Хонингование Хонингованием обрабатывают в основном цилиндрические отверстия как сквозные, так и глухие с чистотой Ra 0,63…0,08 мкм. Процесс хонингования (рис. 78) осуществляют мелкозернистыми абразивными брусками 4, закреплёнными в специальной раздвижной головке, являющейся рабочей частью хона. Радиальное рабочее движение бруску 4 передаётся от механизма разжима хонинговального станка посредством осевого перемещения разжимного штока 3 с конусом. Корпус 2 хонинговальной головки свом хвостовиком 1 вставляют в патрон станка. Головка (хон) совершает вращательное Dr и возвратно-поступательное движение, вследствие этого на обрабатываемой поверхности возникает косая мелкая сетка штрихов-рисок от абразивных зёрен. Разжим брусков в головке осуществляется разжимным штоком 3 с одним или двумя конусами механическим или гидравлическим способом. Хонингованием удаляют припуск на сторону в пределах 0,05…0,15 мм. В этих пределах устраняют конусность и эллиптичность отверстия. 3.Полирование Полирование применяют для повышения качества обработанной поверхности при помощи эластичных кругов или абразивных лент. На поверхность эластичного круга из кожи, войлока, фетра, бязи с помощью клея наносят слой абразивных зёрен или слой полировальной пасты. Полирование эластичными кругами получают качество поверхности от Ra 0,16 до Rz 0,1 мкм. Предварительно обработанная поверхность должна быть соответственно не ниже Ra 0,32…0,08 мкм. Съём металла в процессе полирования составляет 0,01…0,03 мм. Скорость вращения полировальных кругов 10…40 м/с. Зернистость абразива –в зависимости от вида полирования ( предварительное 10-6 и чистовое 6-4. М40, М10). При тонком полировании абразив применяют в пасте. Пасты состоят из абразивной и неабразивной частей. Абразивными материалами при полировании служат электрокорунд, оксид железа –для полирования стали, наждак и оксид хрома для полирования меди, алюминия и их сплавов, карбид кремния, оксид железа –для полирования чугун. Неабразивные составляющие паст –это стеарин, парафин, олеиновая кислота, пчелиный воск. Процесс полирования при помощи паст основан на одновременном механическом и химическом воздействии абразивной и неабразивной составляющих полировальной пасты. Абразивные зёрна снимают с обрабатываемой поверхности тончайшие слои окисленного поверхностного слоя металла, а также пластически деформируют поверхностный слой вследствие высокой температуры и значительного давления полировального круга на обрабатываемую поверхность. Полирование с помощью абразивных лент применяют при ручной и механической обработке. Абразивные ленты изготавливают на бумажной и тканевой основе. При полировании абразивными лентами можно получить качество поверхности Ra 0,32…0,08 мкм. Тема 10.2. Накатывание резьб, шлицевых поверхностей, зубчатых колёс, рифлений, плоскостей. Холодное выдавливание (самостоятельно по учебнику [2]) Применение метчиков- раскатников для формообазования внутренних резьб. Продольное и поперечное накатывание шлицев. Применяемые инструменты. Режимы обработки СОТС. Накатывание рифлений. Накатные ролики. Режимы накатывания, СОТС. Холодное выдавливание. Сущность обработки, применяемое оборудование и инструмент. Режимы обработки, СОТС. РАЗДЕЛ 11. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕМЕТОДЫ ОБРАБОТКИ Тема 11.1. Электрофизические и электрохимические методы обработки (самостоятельная проработка по учебнику[2]) Электроконтактная обработка. Сущность метода, область применения, оборудование, инструмент. Режимы обработки. Электроэрозионная (электроискровая) обработка. Сущность метода, область применения, оборудование, инструмент. Режимы обработки. Электроимпульсная обработка. Анодно-механическая обработка. Сущность метода, область применения, оборудование, инструмент. Режимы обработки. Электрогидравлическая обработка. Сущность метода, область применения, оборудование, инструмент. Режимы обработки. Сущность электрохимической обработки. Область применения. Конструкция электродов. Рабочие жидкости. Режимы обработки. Электрохимическое фрезерование. Состав рабочей жидкости. Тема 11.2. Обработка металлов когерентными световыми лучами (самостоятельная проработка по учебникам [10]) Физическая сущность обработки когерентным световым лучом (лазером). Область применения. Принципиальная схема и конструкция лазерной установки. Режимы обработки. Плазменная обработка Список литературы 1. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. –М.: Машиностроение, 1976. . Гецеридзе Р.М. Процессы формообразования и инструменты. –М.: Академия, 2007. . Нефёдов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров расчёта по резанию металлов и режущему инструменту.- М.: Машиностроение, 1984. . Басов Л.Г. Григорян Н.А. Методические указания по организации и проведению лабораторных работ по предмету «Основы учения о резании металлов и режущий инструмент», - М.: Машиностроение, 1982. . Справочник технолога-машиностроителя Т2 /под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова В.К. –М. : Машиностроение, 1985. . Справочник технолога-машиностроителяТ2 /под ред. Малова А.Н. - М. : Машиностроение, 1973. 7. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках ЦБПНТ. –М. : Машиностроение, 1974. части 1-3 8. Режимы резания; Справочник: в 2 т. /Под ред. Локтева. –М. : Машиностроение, 1988. 9.Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций М. Академия, 2007Источник: http://reftrend.ru/585838.html