Резание конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Резание конструкционных материалов



1. Инструментальные материалы

технологический резание низколегированный инструментальный

1.1 Углеродистые и низколегированные инструментальные материалы

Из группы углеродистых инструментальных сталей в инструментальном производстве широкое применение имеют стали марок У10А и У12А, содержащие 1.0…1.2% углерода (буква А указывает на высшее качество выплавки).

Низколегированные стали по содержанию углерода соответствуют углеродистым инструментальным сталям , но дополнительно легированы небольшим количеством вольфрама, ванадия и др. элементов (В2, Ф, 9ХС, ХВГУ - углерод, В - вольфрам, Ф - ванадий, Х - хром, Г - марганец, С - кремний)

Из углеродистых и низколегированных инструментальных материалов изготавливают напильники, надфили и ножовочные полотна, а также такие режущие инструменты, которые работают только с малыми скоростями резания, - мелкоразмерные сверла, зенкеры, развертки, метчики и круглые плашки.

1.2 Быстрорежущие инструментальные стали

Характерным для этой группы инструментальных сталей является высокая степень легирования. Принципы маркировки быстрорежущих сталей аналогичны конструкционным сталям, за исключением того, что вольфрам в них закодирован буквой Р, а не В, в марках также опущены данные о содержании углерода и хрома.

Основным легирующим элементом быстрорежущих сталей является вольфрам (5.5…19.5%). Кроме вольфрама быстрорежущие стали легируют молибденом, ванадием и кобальтом.

В состав быстрорежущих сталей входят и другие элементы, такие как углерод (0.7…1.55%) и хром (3.0…4.6%). Также в быстрорежущих сталях содержатся примеси: марганец, кремний сера и фосфор (0.01…0.35%, т.к. они ухудшают физико-механические свойство сталей).

Марки Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, Р9К5, Р9К10.

Быстрорежущие стали применяют для изготовления всех видов и типоразмеров инструментов для механообрабатывающих цехов.

1.3 Твердые сплавы

Твердые сплавы делятся на три подгруппы: вольфрамокобальтовую ВК, вольфрамотитанокобальтовую ВТК, вольфрамотитанотанталокобальтову ВТТК.

В состав твердых сплавов входят вольфрам, титан, тантал, кобальт и углерод. В маркировке буквами В и Т обозначается наличие в составе карбидов вольфрама, титана и тантала. Цифры показывают содержание (в %) кобальта и карбидов титана. В подгруппе ВТТК буквами ТТ указывается суммарное содержание карбидов титана и тантала. Содержание карбидов вольфрама не указывается.

Марки ВК3, ВК6, ВК8, Т5К10, ТТ7К12.

Из твердых сплавов изготавливают пластинки различных стандартных форм и размеров, которыми оснащаются все виды токарных резцов со сменными пластинами, многие фрезы и сверла.

1.4 Основные свойства конструкционных материалов

Механические свойства

Механические свойства характеризуют упругость, пластичность, прочность, вязкость, усталость материалов и т.п.

Механическими свойствами называют характеристики, определяющие поведение материала под воздействием внешних сил. Эти свойства определяют при стандартных механических испытаниях.

Внешние силы, действующие на элементы конструкции машин при эксплуатации, различаются по величине, распределению по детали, времени воздействия, характеру приложения и т.д.

В зависимости от характера действия нагрузки могут быть растягивающие, сжимающие, изгибающие, скручивающие и срезающие.

В зависимости от времени действия нагрузки подразделяют на статические, динамические и переменные.

Статические нагрузки характеризуются малой скоростью изменения величины, они прикладываются медленно и плавно возрастают.

Динамические нагрузки прикладываются с большой скоростью, например, ударные нагрузки.

Переменные или циклические нагрузки имеют периодически повторяющийся характер.

Физические свойства

К этой группе свойств относятся плотность материала, температура плавления, электрическое сопротивление, магнитные свойства и др.

Химические свойства

Характеризуют сопротивление материала воздействию на него агрессивных сред, окисления, коррозии.

Технологические свойства

Описывают способность материалов подвергаться различным методам горячей и холодной обработки с целью изготовления из них заготовок, деталей, конструкций.

К технологическим свойствам относят:

Литейные свойства, которые позволяют получить заготовку или деталь методами литейного производства, в основе которого лежит способность жидкого литейного сплава заполнять заранее изготовленную литейную форму, кристаллизоваться в ней и образовывать отливку. Лучшими литейными свойствами обладают чугуны, оловянистые бронзы, латуни, алюминиевые сплавы, пластмассы и др. Сталь имеет низкие литейные свойства.

Деформируемость - это способность материала к необратимой пластической деформации, т.е. принимать необходимую форму и размеры в результате пластического деформирования материала при наименьшей внешней нагрузке. Высокой деформируемостью в холодном и горячем состоянии обладают стали. Чугуны, твердые сплавы и др. хрупкие материалы давлением не обрабатываются.

Свариваемость - обеспечивает возможность материалов подвергаться сварке и характеризует способность материалов образовывать неразъемное сварное соединение. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые и низколегированные стали, пластмассы. Высокоуглеродистые стали и чугуны обладают плохой свариваемостью.

Паяемость - обеспечивает возможность материалов подвергаться пайке и образовывать паяные неразъемные соединения посредством промежуточного материала - припоя, имеющего температуру плавления значительно более низкую, чем у соединяемых материалов.

Обрабатываемость резанием - основана на способности материалов к стружкообразованию посредством режущего инструмента. Это свойство является основным при обработке резанием и оценивается скоростью затупления резца при заданных режимах резания при обеспечении достаточной чистоты обработки.



2. Основные понятия о процессе резания

Обработка резанием - это технологический процесс обработки металлов посредством снятия стружки для придания изделию заданной формы, размеров и шероховатости поверхности.

Обработка резанием включает в себя: точение, строгание, сверление, протягивание, фрезерование, шлифование и отделочную обработку.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительное движение. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих эти относительные движения.

Движения рабочих органов станка подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание слоя металла с заготовки, называют движением резания. К ним относятся главное движение и движение подачи.

Главное движение - это движение, позволяющее осуществить процесс резания и определяющее скорость резания (V).

Движение подачи - это движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в заготовку (S).

Движение, обеспечивающее взаимное положение инструмента и заготовки перед срезанием с нее слоя металла, называют установочным.

Вспомогательные движения - это перемещения инструмента и заготовки при подготовке к процессу резания и после окончания его.

К элементам процесса резания относятся скорость резания, подачи, глубина резания.

Скорость резания - это скорость перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента. Если главное движение является вращательным (точение), то скорость резания вычисляют по формуле:



где D - диаметр заготовки или инструмента, мм

n - частота вращения шпинделя, об/мин.

Подачей называют путь инструмента относительно заготовки при поступательном движении подач. Подача измеряется в мм/об. (подача на один оборот шпинделя) или в мм/мин. (минутная подача).

Глубина резания - это толщина слоя заготовки снимаемого за один рабочий ход, в мм. При точении цилиндрической заготовки глубину резания вычисляют по формуле:

где D - диаметр обрабатываемой поверхности (заготовки),

d - диаметр обработанной поверхности,

Резание металлов - это сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки. При движении инструмента упругие деформации переходят в пластические, которые при продолжении взаимодействия приводят к сдвиговым деформациям. Происходит процесс движения частей металла друг относительно друга вплоть до скалывания и образования стружки, когда напряжение превышает предел прочности металла.



Рис. 1. Схема процесса образования стружки

Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. В зависимости от свойств металла, режима резания и геометрии инструмента образуются три вида стружки:

- сливная стружка - представляет собой сплошную гладкую металлическую ленту. Образуется при резании пластичных металлов с малой подачей и большой скоростью резания.

- стружка скалывания - металлическая лента с одной гладкой стороной (прирезцовой) и другой стороной с зазубринами. Образуется при резании металлов средней твердости с большой подачей и малой скоростью резания.

- стружка надлома состоит из отдельных частей разной формы, не связанных между собой. Образуется при обработке хрупких материалов.

При отделении стружки образуются поверхности заданной формы и размеров, определённой точности необходимого качества. Самой выгодной формой режущей части инструмента является клин. При взаимодействии режущего инструмента с обрабатываемым материалом различают следующие схемы резания.

свободное ортогональное резание - в этом случае в работе участвует только одна прямолинейная режущая кромка, перпендикулярная вектору скорости резания. Направление траекторий перемещения частиц материала, обтекающего режущую часть инструмента во всех точках одинаково.



Рис. 2. Схема свободного ортогонального резания. ab - режущая кромка инструмента

косоугольное резание, при котором вектор скорости движения инструмента не перпендикулярен режущей кромке инструмента

Рис. 3. Схема косоугольного резания ab - режущая кромка инструмента

несвободное (осложненное, стесненное) резание, когда в работе участвуют две или более режущие кромки, имеющие разное направление, например, проточка паза.

Рис. 4. Схема несвободного (осложненного, стесненного) резания ab, bc, cd - режущие кромки инструмента



Основные закономерности будут рассмотрены на примере простого ортогонального резания.

Для описания процесса резания, прежде всего, необходимо установить основные понятия, характеризующие взаимное расположение заготовки и инструмента, а также геометрию режущего клина.

Рис 5. Геометрические параметры, характеризующие свободное ортогональное резание

Обрабатываемая поверхность I - поверхность срезаемого слоя заготовки.

Обработанная поверхность II - поверхность, образующаяся после снятия стружки.

Поверхность резания III - поверхность, образуемая на заготовке, режущей кромкой инструмента.

Передняя поверхность режущей части инструмента (А) - поверхность, по которой сходит стружка.

Задняя поверхность (В) - обращена в процессе резания к обработанной поверхности детали.

Пересечение передней и задней поверхностей образуют режущую кромку. Если инструмент имеет несколько режущих кромок, то одна из них, наиболее загруженная в процессе несвободного резания, является главной.

Главные углы режущей части инструмента рассматриваются в сечении, перпендикулярном к главной режущей кромке и относительно координатной плоскости, называемой плоскостью резания (плоскость С). Плоскость резания проходит через главную режущую кромку и совпадает с направлением вектора скорости резания.

В случае свободного ортогонального резания плоскость резания С совпадает с поверхностью резания.

При обработке тел вращения плоскость резания касательна к поверхности резания.

Различают следующие главные углы:

Рис. 6. Главные углы режущего клина

Передний угол г - угол между передней поверхностью инструмента А и плоскостью D, перпендикулярной плоскости резания.

Задний угол б - угол между задней поверхностью инструмента В и плоскостью резания С.

Угол заострения в - угол между передней А и задней В поверхностями инструмента.

Угол резания д - угол между передней поверхностью А инструмента и плоскостью резания С.

Геометрические параметры инструментов влияют на характеристики процесса резания и физические явления, возникающие при стружкообразовании и формировании поверхностного слоя детали.

2.1 Точение

Точение - технологический способ обработки резанием наружных и внутренних цилиндрических и конических, плоских торцевых поверхностей тел вращения, а также тел вращения сферических и фасонных форм.

Точение ведется токарными резцами на металлорежущих станках, как на универсальных, так и на специальных, в том числе станках с ЧПУ, а также карусельных, револьверных станках, на токарных полуавтоматах, автоматах и автоматических линиях.

По своему технологическому назначению точение разделяется на:

Черновое - обдирка, отрезка и подрезка торцов заготовок;

Получистовое;

Чистовое;

Тонкое точение и растачивание;

Точение повышенной производительности:

Скоростное - резание с большими скоростями (например, цветные металлы V_рез.= 800ч1000 м/ мин.)

Силовое - снятие больших объемов металла в единицу времени, сопровождающееся значительным ростом нагрузок на резец;

Эти виды точения требуют применения жестких, мощных станков. Резцов особой конструкции и специального оборудования.

Специальные виды точения высокопрочных и тугоплавких материалов: например, точение с искусственным подогревом и глубоким охлаждением заготовок.



2.1.1 Классификация резцов

Наружные цилиндрические и конические поверхности обрабатывают проходными резцами.

Внутренние цилиндрические и конические поверхности растачивают расточными резцами.

Торцевые плоскости обтачивают подрезными резцами.

Наружные и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами.

Разрезку заготовок на части производят отрезными резцами.

В зависимости от направления подачи при точении резцы разделяют на правые и левые. Правые резцы работают с движением подачи, направленным справа налево, т.е. к шпинделю станка, левые резцы имеют направление движения подачи слева направо, т.е. от шпинделя станка. («Правило руки» - накладывая сверху на резец правую или леву руку так, чтобы в направлении подачи был направлен большой палец руки, устанавливают тип резца).

В зависимости от расположения рабочей части относительно корпуса, резцы бывают прямые и отогнутые, которые тоже могут быть как правыми, так и левыми.

Проходные токарные резцы, благодаря заданной геометрии режущей части, могут быть проходного и подрезного типа.

Резцы проходного типа имеют главный угол в плане ц < 90^о (обычно 45^о, 60^о, 75^о).

Резцы подрезного типа предназначены для обточки деталей, имеющих наружные цилиндрические поверхности с торцевыми плоскостными переходами между участками с разными диаметрами. Эти резцы имеют главный угол в плане ц = 90^о.



а) б)

Рис. 7. Прямые резцы проходного типа: а) левый прямой проходной резец; б) правый прямой проходной резец

У прямых резцов рабочая часть является продолжением корпусной части, без искривления общей оси резца.

в) г)

Рис 8. Отогнутые резцы проходного типа: в) левый отогнутый проходной резец; г) правый отогнутый проходной резец

У отогнутых резцов ось корпуса и ось рабочей части резца пересекаются под углом, чаще всего 45⁰.



е) д)

Рис 9. Прямые резцы подрезного типа: е) правый прямой подрезной резец; д) левый прямой подрезной резец

2.1.2 Элементы токарных резцов

Рис. 10. Элементы токарного резца: А - рабочая часть, имеющая режущие кромки, Б - стержень (корпус), служит для закрепления резца

Элементы рабочей части резца:

4 - передняя поверхность

6 - главная задняя поверхность

1 - вспомогательная задняя поверхность

5 - главная режущая кромка

3 - одна или две вспомогательные режущие кромки

2 - вершина резца - место сопряжения главной и вспомогательных режущих кромок.



2.1.3 Поверхности и координатные плоскости при резании токарными резцами

Рис 11. Поверхности и координатные плоскости при резании токарными резцами: 1 - обрабатываемая поверхность - это поверхность срезаемого слоя заготовки, 2 - поверхность резания - это поверхность, образуемая непосредственно рабочей частью главной режущей кромки резца, 3 - обработанная поверхность - это поверхность, полученная после снятия стружки, 4 - основная плоскость - это плоскость, которая параллельна продольной и поперечной подачам и перпендикулярная плоскости резания 5, 5 - плоскость резания, касательная к поверхности резания 2 и проходящая через главную режущую кромку

2.1.4 Геометрические элементы режущей части резца

Рис. 12. Геометрические элементы режущей части резца



Углы в плане:

угол ц - главный угол в плане - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость 4 и направлением подачи (угол ц резцов общего назначения составляет 45⁰ , для повышения жесткости резца главный угол ц можно заточить под 60⁰⁾

угол ц₁ - вспомогательный угол в плане - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи (на проходных резцах угол ц₁ составляет 7⁰…10⁰)

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

Сумма всех углов в плане составляет 180⁰

ц + ц₁ + е = 180⁰

Рис. 13. Геометрические элементы режущей части резца

Угол б - задний угол - угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания (среднее значение угла б для резания с подачей S ? 0.25 мм/об составляет 12⁰, при S > 0/25 мм/об - ? 8⁰).

Угол в - угол заострения - угол между передней и главной задней поверхностью.

Угол г- передний угол - угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания (среднее значение угла г для резания с подачей S ? 0.15 мм/об составляет 15⁰, при S > 0.15 мм/об - 0⁰, но вдоль лезвия под углом г_ф = 0⁰ выполняют фаску шириной f = 0.5…1 мм).

Угол д - угол резания - угол между передней поверхностью и плоскостью резания

б + в + г = 90⁰

д = б + в д + г = 90⁰

При увеличении подачи S ? 0.25 мм/об вдоль лезвия затачивается фаска шириной f = 1 мм под углом г_ф = 5⁰. Это делается для увеличения стойкости режущей части резца.

Рис. 14. Фаски вдоль лезвия режущей кромки

2.2 Обработка отверстий. Сверление, зенкерование, развертывание

Сверление, зенкерование и развёртывание являются технологическими способами обработки круглых отверстий различной степени точности и с различной шероховатостью образованных цилиндрических поверхностей.



2.2.1 Сверление

Сверление - метод механической обработки для получения сквозных и глухих отверстий в сплошном металле или обработки предварительно полученных отверстий для придания им требуемого размера, точности и шероховатости поверхности.

Процесс сверления совершается при двух совместных движениях: вращения сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение) и поступательном движении сверла вдоль оси отверстия (движение подачи).

При работе на сверлильном станке сверло совершает оба движения - вращательное вокруг своей оси и поступательное вдоль оси; заготовка закреплена на столе станка неподвижно.

При работе на токарных и револьверных станках, а также на токарных полуавтоматах вращается обрабатываемая заготовка, а сверло совершает поступательное перемещение вдоль оси.

Процесс резания при сверлении протекает в более сложных условиях, чем при точении. В процессе резания затруднены отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим кромкам инструмента. При отводе стружки происходит трение её о поверхность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение. На увеличение деформации стружки влияет изменение скорости главного движения резания вдоль режущей кромки от максимального значения на периферии сверла до нулевого значения у центра.

За скорость главного движения резания при сверлении принимают окружную скорость точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси сверла, м/с:



где D - наружный диаметр сверла, мм; n - частота вращения сверла, мин^-1.

Подача S_в (мм/об) равна осевому перемещению сверла за один оборот.

За глубину резания при сверлении отверстий в сплошном материале (рис. 20а) принимают половину диаметра сверла, мм:

,

а при рассверливании (рис. 20б)

,

где d - диаметр обрабатываемого отверстия, мм.

Рис. 15. Сверление и рассверливание отверстий сверлами

При сверлении отверстий чаще всего используют стандартные сверла, имеющие 2 винтовых зуба, расположенных диаметрально друг относительно друга.

Просверленные отверстия, как правило, не имеют абсолютно правильной цилиндрической формы. Их поперечные сечения имеют форму овала, а продольные небольшую конусность.

Диаметры просверленных отверстий всегда больше диаметра сверла, которым они были просверлены. Разность диаметров сверла и просверленного им отверстия называют разбивкой отверстия. Она тем больше, чем больше диаметр сверла: для стандартных сверл Ш10…20 мм разбивка составляет 0.15…0.25 мм.

Причиной разбивки отверстий являются недостаточная точность заточки сверл и несоостность сверла и шпинделя сверлильного станка.

Сверление отверстий без дальнейшей их обработки проводят в тех случаях, когда необходимая точность размеров не высока. Наиболее часто сверлением получают отверстия для болтовых соединений, а также отверстия для нарезания в них внутренней крепежной резьбы.

Конструкция и геометрические параметры спирального сверла

Сверла по конструкции и назначению подразделяют на спиральные, центровочные и специальные.

Для сверления и рассверливания чаще всего применяют спиральные сверла, состоящие из рабочей части, шейки, хвостовика и лапки.

Рис. 16. Конструкция и геометрические параметры спирального сверла

Конструкция и геометрические параметры спирального сверла представлена на рис. 21.

Рабочая часть сверла состоит из режущей и направляющей частей.

Направляющая часть снабжена двумя спиральными (точнее винтовыми) канавками и обеспечивает направление сверла в процессе резания.

Режущая часть сверла - это часть сверла, заточенная на конус и несущая режущие кромки.

Шейка соединяет рабочую часть сверла с хвостовиком.

Хвостовик - это часть сверла, служащая для его закрепления в шпинделе станка и передачи крутящего момента.

Лапка (у сверл с коническим хвостовиком) служит упором при выбивании сверла из отверстия шпинделя.

Основные элементы спирального сверла

Рис. 17. Основные элементы спирального сверла

2 - Режущая кромка - линия, образованная пересечением передней и задней поверхностями; у сверла две главных режущих кромки.

1 - Передняя поверхность - винтовая поверхность канавки, по которой сходит стружка.

3 - Задняя поверхность - поверхность, обращенная к поверхности резания.

4 - Ленточка - узкая полоска на цилиндрической поверхности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки; обеспечивает сверлу направление при резании.

5 - Поперечная кромка - линия, образованная в результате пересечения обоих задних поверхностей.

Две главные режущие кромки, расположенные на режущей части (заборном конусе), образуют угол при вершине 2ц, который обычно у сверл из инструментальных сталей равен 116^о-118^о. Для разных материалов он должен быть различным: для более твердых - больше, для мягких - меньше. Например, при обработке жаропрочных и нержавеющих материалов угол при вершине 2ц равен 125^о-135^о (для глухих отверстий) и 140^о (для сквозных отверстий); при сверлении титановых сплавов 2ц = 90^о - 120^о; для сверления алюминия и алюминиевых сплавов 2ц = 130^о - 140^о.

Угол наклона поперечной кромки ш измеряется между проекциями главной и поперечной режущих кромок на плоскость перпендикулярную к оси сверла, при правильной заточке угол ш = 50^о - 55^о.

Наклон винтовой канавки, по которой сходит стружка, определяется углом щ, заключенным между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла. Этот угол называется углом наклона винтовой канавки и составляет 18^о - 30^о. С увеличением угла щ увеличивается передний угол г, при этом облегчается процесс резания и улучшается выход стружки.



2.2.2 Геометрические параметры режущей части сверла

Рис. 18. Геометрические параметры режущей части спирального сверла

Рассмотрим углы режущей кромки сверла в двух сечениях в плоскости Б-Б, нормальной к режущей кромке и в плоскости А-А, касательной к цилиндрической поверхности, на которой лежит рассматриваемая точка (А).

Передний угол г спирального сверла рассматривается в плоскости Б-Б;

Угол наклона щ винтовой канавки сверла и задний угол б в той же точке А рассматривают в плоскости А-А.

Передний угол г - это угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла.

Задний угол б представляет собой угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке к окружности её вращения вокруг оси сверла.



2.2.3 Зенкерование

Зенкерование - технологический способ обработки предварительно просверленных отверстий или отверстий, изготовленных литьем или штамповкой с целью получения более точных по форме или размеру, чем при сверлении, отверстий. Эта операция может быть окончательной или предварительной (получистовой) перед развертыванием.

Сквозные отверстия зенкеруют по всей длине

Рис. 19. Схема зенкерования сквозного отверстия

Глухие отверстия, глубиной l_c (глубина просверленного отверстия) могут быть обработаны зенкерами на глубину

Рис. 20. Схема зенкерования глухого отверстия



Длина l₁ зависит от размеров режущей части зенкера, упирающегося своим нижним концом в коническое дно глухого отверстия.

Глубина резания при зенкеровании определяется по формуле

Стандартные зенкеры имеют от 3-х до 8-ми зубьев. Наиболее часто на практике встречаются зенкеры с тремя винтовыми зубьями, смещенными на 120^о относительно друг друга.

2.2.4 Развертывание

Развертывание - это технологический способ завершающей обработки просверленных и зенкерованных отверстий с целью получения точных по форме и диаметру цилиндрических отверстий с малой шероховатостью.

Сквозные зенкерованные отверстия развертываются на всей длине l.

Глухие зенкерованные отверстия могут быть развернуты лишь на глубину

Длина l₂ зависит от размеров режущей части развертки, упирающейся своим торцом в коническое дно отверстия. Чтобы получить глухое развернутое отверстие глубиной l_р, необходимо иметь предварительно сверленое отверстие глубиной



Рис. 21. Схема развертывания глухого отверстия

Развертываются отверстия развертками, имеющими четное число (z ? 4), расположенных диаметрально друг против друга зубьев. Число зубьев развертки зависит от ее диаметра

,

где d_p - диаметр развертки в мм.

Наличие в развертках большого числа зубьев обеспечивает устойчивое их центрирование в обрабатываемых отверстиях.

Глубина резания зенкерованных отверстий

невелика и в зависимости от диаметра развертки может составлять 0.1…0.4 мм.



2.3 Фрезерование

Фрезерование - это широко распространенный производительный и универсальный способ механической обработки заготовок резанием.

В машиностроении фрезерованием обрабатываются:

горизонтальные, вертикальные, наклонные плоские поверхности;

уступы;

канавки прямоугольного и профильного сечения, винтовые канавки;

пазы;

узкие и глубокие прорези;

шлицы на головках шурупов и винтов

фасонные поверхности различных профилей с прямолинейными и криволинейными образующими.

2.3.1 Основные типы фрез и их назначение

При фрезеровании применяются многолезвийные режущие инструменты - фрезы. Каждый зуб фрезы представляет собой отдельный резец.

Фрезы разных типов различаются по внешнему виду, размерам, конструкции и приспособлены для фрезерования поверхностей определенных форм и размеров.

Цилиндрические фрезы (1) предназначены для установки на горизонтально-фрезерных станках при обработке плоских поверхностей шириной до 120 мм, при условии, что ширина обрабатываемой поверхности на заготовке на 5-6 мм меньше длины рабочей части фрезы.

Концевые фрезы (6,7) имеют наружный диаметр рабочей части от 3 до 5 мм и применяются для обработки открытых пазов и копировально-фрезерной обработки стенок замкнутых профильных углублений и отверстий в плоских заготовках. Они предназначены в основном для работы на вертикально-фрезерных станках, но могут быть использованы и на горизонтально-фрезерных станках.

Стандартные торцевые фрезы (2) имеют диаметр от 60 до 600 мм и цилиндрические отверстия для установки на шпинделе станка. Они предназначены для обработки плоских поверхностей. Торцевыми фрезами больших диаметров можно обработать заготовки шириной до 500 мм. Применяются торцевые фрезы на мощных горизонтально- и вертикально-фрезерных станках.

Дисковые фрезы (3,4) имеют диаметр от 60 до 110 мм и цилиндрические базовые отверстия для крепления на оправке. Режущие зубья дисковых фрез выполняются на цилиндрической внешней поверхности, а также на одной (односторонние) или обеих (двусторонние) торцевых поверхностях.

Предназначены дисковые фрезы для фрезерования канавок различного назначения шириной 6…16 мм. Диаметр рабочей части дисковых фрез составляет от 10 до 54 мм, ширина рабочей части - 7,5…40 мм.

Отрезные фрезы предназначены для разрезки катаных прутков на мерные заготовки на горизонтально-фрезерных станках. Зубья этих фрез выполнены только на внешнем диаметре. Отрезные фрезы имеют рабочий диаметр от 60 до 200 мм и ширину от 1 до 5 мм.

Прорезные (шлицевые) фрезы (5) предназначены для фрезерования узких щелей и шлицев в головках винтов и шурупов. Прорезные фрезы имеют рабочий диаметр от 40 до 75 мм и ширину от 0,2 до 5 мм.

Шпоночные фрезы (11) используются для фрезерования шпоночных канавок и имеют рабочий диаметр от 3 до 40 мм. Эти фрезы устанавливают на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках.

Угловые фрезы (8) предназначены для фрезерования профильных угловых канавок, как правило, в инструментальном производстве. Их диаметр составляет от 35 до 90 мм и они применяются на универсально-фрезерных станках.

Фасонные фрезы(9,10) имеют различный профиль лезвий и предназначены для фрезерования канавок и выступов фасонного профиля. Они имеют диаметр от 45 до 90 мм и применяются преимущественно на горизонтально-фрезерных станках.

Рис. 22. Основные типы фрез

2.3.2 Особенности процесса резания при фрезеровании

Фрезерование во многом аналогично рассмотренным ранее методам обработки металлов, однако фрезерование имеет свои особенности:

за один оборот зуб фрезы находится в контакте с металлом малое время (сотые и тысячные доли секунды);

процесс врезания зуба в металл заготовки является периодическим процессом, сопровождающимся ударами, что может вызвать повышенный износ и выкрашивание режущей кромки;

вследствие наличия радиуса округления режущей кромки фрезы, врезание совершается не с нулевой толщины срезаемого слоя, и зуб скользит по некоторой дуге, не снимая стружки, внедрение зуба в металл происходит лишь при толщине среза, больше половины радиуса округления режущей кромки зуба фрезы.

при фрезеровании в работе находятся неодинаковое (непостоянное) число зубьев; чем больше зубьев находится одновременно в работе, тем спокойнее протекает процесс фрезерования;

при определенных условиях происходит равномерное фрезерование, при котором площадь поперечного сечения среза остается постоянной в течение всего времени обработки;

при фрезеровании против подачи (встречное фрезерование), когда направление вектора подачи противоположно направлению вращения фрезы, нагрузка на зуб увеличивается постепенно: зуб работает «из-под корки», т.е. подходит к твердому поверхностному слою снизу и как бы «выламывает» его. При встречном фрезеровании нагрузка на зуб увеличивается от нуля до максимального значения, сила действующая на заготовку стремится оторвать заготовку от стола и это усиливает вибрации и повышает шероховатость поверхности. Появляется повышенный износ зубьев. Преимуществом встречного фрезерования является то, что при плавном врезании в металл режущие кромки почти не соприкасаются с твердой внешней поверхностью заготовки (коркой). Встречное фрезерование применяется для черновой обработки. Недостатком является начальное скольжение зуба по наклепанной поверхности, образованной предыдущим зубом, что ведет к повышенному износу фрезы.



Рис. 23. Встречное и попутное фрезерование

Фрезерование, при котором направление вектора подачи совпадает с направлением вращения фрезы, называют попутным фрезерованием или фрезерованием по подаче. При попутном фрезеровании зуб фрезы начинает работать с наибольшей толщиной среза и сразу подвергается максимальной нагрузке, что исключает начальное проскальзывание зуба, и поэтому уменьшается интенсивность износа инструмента в среднем в 2-3 раза. При этом способе фрезерования заготовка плотно прижимается к столу станка фрезой, уменьшается вибрация и это ведет к уменьшению шероховатости поверхности. При попутном фрезеровании снижается мощность, затрачиваемая на резание. Попутное фрезерование не рекомендуется применять при фрезеровании заготовок с «коркой». Этот вид фрезерования применяют при чистовой обработке на станках с повышенной жесткостью в направлении подачи.

Штучное время

Выполнение любой технологической операции требует затрат времени работы оборудования и рабочих. Интервал календарного времени от начала до конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно изготовляемых изделий называют циклом технологической операции.

Штучное время - интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий или штучным временем называют отношение времени выполнения технологической операции к числу изделий одновременно изготовляемых на одном рабочем месте.

В неавтоматизированном производстве штучное время

где t_о - основное время; t_в - вспомогательное время; t_обс - время обслуживания рабочего места; t_п - время на личные потребности работающего.

Основное время - часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда, т.е. время непосредственного технологического воздействия на предмет труда (деталь, сборочную единицу или изделие в целом). При обработке на станках основное время определяют для каждого технологического перехода по формуле

где

L - расчетная длина перемещения инструмента при обработке, мм;

i- число рабочих ходов в данном переходе;

S_м - подача инструмента, мм/мин.

При ручном подводе инструмента



Где l - длина обрабатываемой поверхности; l_вр, l_сх - длина врезания и схода инструмента соответственно

При расчете основного времени длину l определяют по чертежу заготовки;

l_сх = 1 мм;

l_вр находят из геометрических соотношений в зависимости от метода обработки и применяемого инструмента

При продольном точении длина врезания определяется по формуле

t - глубина резания

ц - главный угол в плане резца

При сверлении



d_c - диаметр сверла

Минутная подача определяется по формуле

Где

n - число оборотов шпинделя в минуту

S - подача на один оборот шпинделя в минуту

,

Где z - припуск на сторону, мм

t - глубина резания на сторону, мм

Таким образом, основное или машинное время можно определить по формуле

Вспомогательное время - это часть штучного времени, затрачиваемое на осуществление действий, создающих возможность выполнения основной работы, являющейся целью технологической операции и повторяющихся с каждым изделием или через определенное их число.

Вспомогательное время затрачивается на установку и снятие детали, пуск и выключение станка, подвод и отвод инструмента, управление механизмами оборудования промеры изделия, смену и переустановку инструмента и т.д.

Вспомогательное время определяется суммированием его составляющих элементов, приведенных в таблицах нормативов по техническому нормированию с учетом конкретных условий проведения операции.

Сумму основного и неперекрываемого им вспомогательного времени называют оперативным временем.

Время обслуживания рабочего места - это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технического оснащения в работоспособном состоянии, уход за ними и рабочим местом. Различают время технического обслуживания t_т и время организационного обслуживания t_орг.

t_т затрачивается на смену затупившегося инструмента, подналадку оборудования, заправку и регулировку инструмента (в расчетах до 6% от оперативного или основного времени или рассчитывают по нормативам в зависимости от вида выполняемых работ).

t_орг учитывает затраты времени на подготовку рабочего места к началу работы, уборку рабочего места в конце смены, смазку и чистку станка и другие аналогичные действия в течение смены. Это время определяют по нормативам в процентном отношении к оперативному времени (около 0.6-0.8 %).

Время на личные потребности - часть штучного времени, затрачиваемое человеком на личные потребности, при утомительных работах, на дополнительный отдых (определяется по нормативам в процентном отношении к оперативному времени около 2.5%).



2.4 Обработка деталей типа валов на токарных станках

Сущность процесса токарной обработки

Токарная обработка является сложным физическим процессом удаления припуска за счет стружкообразования с поверхности обрабатываемой заготовки.

Исходные данные:

Деталь - вал

Операция - обточка по диаметру и шеек с одной стороны, черновая

Обрабатываемый материал - Сталь хромистая 40Х, у_в=72 кГ/мм²

Характер заготовки - горячая штамповка Ш 90х725 мм

Вес заготовки - 30 кг

Станок - токарно-винторезный 1К62

Инструмент - резец проходной, ц = 45⁰ Т5К10, резец проходной, ц = 90⁰ Т5К10

Приспособление - центра.

2.5 Определение основного времени обработки детали

Определить глубину резания t при черновом обтачивании заготовки

По величине общего припуска на обработку 5,0 мм (на сторону) с учетом необходимости оставления припуска на чистовую обработку 0,75 мм устанавливается глубина резания:

1. при обтачивании шейки вала 1 D₀ = 81,5мм

2. при обтачивании шейки вала 2 D₀ = 71,5мм

2. при обтачивании шейки вала 3 D₀ = 61,5мм



Определить основное время при продольном протачивании 3-х шеек вала (1, 2, 3)

Частота вращения шпинделя станка n = 200 об/мин

Подача резца S = 0,8 мм/об

Первый переход

Резец проходной с главным углом в плане ц = 45⁰

Основное время при точении:

Определяем длину рабочего хода (дл. перемещения инструмента)



Длина врезания инструмента:

= 4,25 х 1 = 4,25 мм ? 4 мм

l_сх = 1…3 мм, принимаем l_сх = 2 мм

L₁= 515+4 + 2 = 521 (мм)

Основное время обработки на первом переходе

Второй переход

Резец проходной с главным углом в плане ц = 90⁰

Определяем длину рабочего хода (дл. перемещения инструмента)



Длина врезания инструмента:

l_вр = t ctgц= 5 х ctg90⁰ = 5 х 0 = 0 мм

l_сх = 0, т.к. обработка ведется с одновременной подрезкой торца

Третий переход

Резец проходной с главным углом в плане ц = 90⁰

Определяем длину рабочего хода (дл. перемещения инструмента)

Длина врезания инструмента:



l_вр = t ctgц= 5 х ctg90⁰ = 5 х 0 = 0 мм

l_сх = 0 , т.к. обработка ведется с одновременной подрезкой торца

Основное время для всех 3-х переходов

T_o = t_o1 + t_o2 + t_o3 = 3.26 + 0.94 +0.44 = 4.64 мин

2.6 Определение режимов резания

1. По карте 1 определяется подача, величина которой для обработки стали резцом с размером державки 25 х 25 мм при точении детали диаметром до 100 мм с глубиной резания t = 5 мм рекомендуется в пределах 0,7-0,9 мм/об.

Принимается среднее значение подачи S = 0,8 мм/об. Выбранная подача сопостовляется с паспортными данными станка. Ближайшая подача по паспорту станка S = 0,78 мм/об, которое и принимается для работы.

2. По карте 6 определяется скорость резания. Для обработки стали у_в=72 кГ/мм² с глубиной резания t = до 8 мм, с S = 0,78 мм/об скорость резания для работы резцом с углом в плане ц = 45⁰ составляет 58 м/мин и для работы с резцом ц = 90⁰ - 51 м/мин.

3. По установленной скорости резания определяется число оборотов шпинделя; оно равно:

а) для первого перехода, при D = 90 мм

мин



б) для второго перехода, при D = 81,5 мм

мин

в) для третьего перехода, при D = 71,5 мм

мин

4. Найденное число оборотов корректируется по паспорту станка; подбирается ближайшее значение по каждому переходу.

Принимается для всех трех переходов число оборотов n=200 об/мин.

Отсюда, после корректировки находим фактическую скорость резания:

а) для первого перехода

мин

а) для второго перехода

мин

а) для третьего перехода

мин



2.7 Проверка выбранного режима по мощности

Согласно паспорту станка в пределах выбранного режима имеет постоянную мощность на разных числах оборотов, а слабым звеном является клиноременная передача; поэтому проверку режима целесообразнее производить по мощности, как более удобную и достаточно точную.

По карте 7 определяется мощность, потребная на резание. При обработке стали у_в=72 кГ/мм² с t = 4,25 мм, S = 0,78мм/об и V=57 м/мин мощность на резание (по наиболее загруженному переходу) составляет 5,8 квт.

Согласно паспортным данным мощность на шпинделе по приводу станка при работе с числом оборотов шпинделя n=200 в минуту составляет 8,0 квт, т.е. больше мощности, потребной на резание. Следовательно, установленный режим резания по мощности осуществим.



3. Практические занятия

Задание для самостоятельной работы.

Определить режимы резания и основное (технологическое время) при продольном обтачивании шеек вала:

Исходные данные

Деталь - вал

Операция - обточка по диаметру и шеек с одной стороны , черновая

Обрабатываемый материал; у_в - см. таблицу заданий

Характер заготовки - горячая штамповка Ш см. табл.

Станок - токарно-винторезный 1К62

Инструмент - резец проходной, ц = 45⁰ Т5К10, резец проходной, ц = 90⁰ Т5К10

Приспособление - центра.

Вариант	Первая буква фамилии	D	d2	d2	l	l1	Материал заготовки	Предел прочности при растяжении ув (кГ/мм2)
1	А	54	50	42	150	65	сталь 45	68
2	Б	70	64	58	200	130	сталь 40Х	70
3	В	68	66	60	78	43	сталь 35	85
4	Г	72	68	60	115	50	сталь 40ХГС	82
5	Д	76	70	64	80	30	сталь 45	68
6	Е, Ё	110	102	92	215	150	сталь 35	85
7	Ж	60	54	46	67	45	сталь 40ХГС	82
8	З	120	110	106	155	85	сталь 35Х25Н	88
9	И	80	76	68	90	75	сталь 35	85
10	К	300	294	290	160	80	сталь 40Г	78
11	Л	45	40	34	60	45	сталь 45Х	65
12	М	65	56	49	70	35	сталь 40Х	78
13	Н	140	132	126	250	130	сталь 50Х	72
14	О	76	66	58	45	20	сталь 40ХН	76
15	П	50	44	38	70	40	сталь 45Х	65
16	Р	80	72	66	75	60	сталь 40ХГС	82
17	С	115	105	98	115	80	сталь 45	68
18	Т	45	40	36	50	20	сталь 40Х	70
19	У	20	15	12	10	4	сталь 35	85
20	Ф	60	52	47	45	30	сталь 40ХГС	82
21	Х	150	146	140	100	65	сталь 45	68
22	Ц	130	120	115	70	35	сталь 35	85
23	Ч	80	74	68	115	80	сталь 40ХГС	82
24	Ш	65	63	60	56	30	сталь 35Х	88
25	Щ	70	62	52	114	74	сталь 35	85
26	Э	75	68	60	180	95	сталь 40Г	78
27	Ю	30	26	24	45	20	сталь 45Х	65
28	Я	90	82	72	150	87	сталь 40Х	78

Размещено на Allbest.ru

...