Размещено на http://www.allbest.ru/

на тему: "Аналіз геометрії, конструкції і застосування токарних різців"

Вступ

Мета роботи. Проаналізувати форму, конструкцію, типи і застосування токарних різців

Інструменти і прилади. Токарні різці різних типів, прилад для вимірювання кутів різця.

Короткі теоретичні відомості. Токарні різці є основними видами інструментів, що застосовуються при обробці на токарних верстатах. Розглянемо будову прохідного токарного різця (рис. 1), яким обробляють зовнішні циліндричні поверхні. Такий різець складається зі стрижня І, за допомогою якого він закріплюється в різцетримачі на супорті верстата, і голівки ІІ, на якій закріплена ріжуча частина. На ріжучій частині, виділяють 6 елементів:

- три поверхні (передня - 1, головна задня - 3, допоміжна задня - 4);

- дві лінії перетину передньої поверхні 1 з двома задніми 3 і 4 (відповідно головна ріжуча кромка - 2 і допоміжна ріжуча кромка - 5);

- точка перетину трьох поверхонь 1, 3 і 4 (вершина різця - 6).

По передній поверхні 1 сходить стружка, що відокремлюється від заготовки за допомогою головної ріжучої кромки 2, утвореною передньою поверхнею 1 і головною задньою поверхнею 3. Перетин передньої поверхні 1 і допоміжної задньої поверхні 4 утворює допоміжну ріжучу кромку 5. Перетин кромок утворює вершину різця 6, яка може бути гострою чи закругленою.

Рис. 1. Частини і елементи різця: І - стрижень, ІІ - головка; 1 - передня поверхня, 2 - головна ріжуча кромка, 3 - головна задня поверхня, 4 - допоміжна задня поверхня, 5 - допоміжна ріжуча кромка, 6 - вершина різця

Крім того, геометрія різця характеризується рядом кутів (рис. 2).

Для визначення кутів вводять координатні площини, яких у токарних різців чотири: основна, площина різання, головна січна і допоміжна січна.

Площина, паралельна напрямкам подовжньої S_под і поперечної S_{п оп} подач (рис. 1), - основна. Площина різання проходить через ріжучу кромку 2 і є дотичною до поверхні різання. Головна і допоміжна січні площини проводяться перпендикулярно до проекцій головної і допоміжної ріжучих кромок на основну площину (рис. 2).

Основні кути, що визначають геометрію токарного різця: головний і допоміжний задні кути б і б₁ і кут загострення в, передній кут г, кут різання д, головний і допоміжний кути в плані ц і ц₁.

Головний задній кут б виміряється між головною задньою поверхнею різця 3 і площиною різання. Збільшення головного заднього кута приводить до зменшення тертя між різцем і оброблюваною заготовкою і, отже, знижує знос інструмента. Однак при цьому знижується міцність ріжучої кромки. Тому задній кут виконують у межах 6...12^°. Збільшення заднього кута на кілька градусів у ряді випадків дозволяє збільшити стійкість різця.

Кут загострення в виміряється між передньою і головною задньою поверхнями різця. Він визначає гостроту клину, що врізається в матеріал деталі. Зі зменшенням кута загострення полегшується процес різання, однак внаслідок крихкості інструментальних матеріалів цей кут досить великий.

Передній кут г виміряється між передньою поверхнею різця і площиною, проведеною через головну ріжучу кромку перпендикулярно до площини різання. Збільшення переднього кута зменшує роботу, затрачувану на відділення стружки, поліпшує чистоту поверхні, але погіршує відведення тепла і міцність ріжучої кромки. Кут г вважається додатковим, якщо кут д<90°, і від'ємним, якщо кут д> 90°. Останній використовується при обробці твердих чи крихких матеріалів або при наявності періодичних ударів. Звичайно кут г = 3...20⁰ або -5... -10⁰.

Рис. 2. Координатні площини різця (сліди площин): 1 - основна, 2 - різання, 3 - головна січна, 4 - допоміжна січна; кути різця в головній січній площині 3: б - головний задній, в - загострення, г - передній, д - різання; кути різця в допоміжній січній площині: б1 - допоміжний задній; в1 - загострення, г1 - допоміжний передній (в1 і г1 на рис. не вказані); кути в плані (в проекції на основну площину): ц - головний, ц1 - допоміжний; переріз шару, що зрізається: aЧb; t - глибина різання

Кут різання д виміряється між передньою поверхнею різця і площиною різання.

Чотири головних кути зв'язані залежностями:

б + в + г = 90°;

д = б + в = 90° - г.

Головний кут у плані ц виміряється між проекцією головної ріжучої кромки на основну площину і напрямком подовжньої подачі. Він визначає співвідношення між радіальною і осьовою складовими зусилля різання. Якщо ц = 90 °, радіальна складова зусилля різання, що викликає згин деталі, мінімальна. У цьому випадку можна обробляти тонкі, нежорсткі деталі. Якщо ц зменшується до 10...15°, стає менше шорсткість обробленої поверхні і знос інструмента, але росте навантаження на деталь, що викликає її вібрацію.

Різноманіття робіт, виконуваних на токарських верстатах, вимагає застосування різних за конструкцією і призначенням різців.

Токарні різці класифікуються по наступних ознаках:

- по напрямку подачі - праві і ліві; останні використовують при обробці східчастих валів, торцевих поверхонь, звернених до шпинделя верстата;

- за формою головки - прямі, відігнуті і відтягнуті (ріжуча частина тонше стрижня);

- за характером виконуваних операцій - чорнові і чистові;

- за призначенням - прохідні, підрізні, відрізні, розточувальні, різьбові і фасонні; токарний різець конструкційна геометрія

- за конструкцією - цільні (головка і тіло різця виконані з одного матеріалу); з привареною в стик головкою; з припаяною пластинкою (наприклад, із твердого сплаву); з механічним кріпленням ріжучих пластинок (із твердих сплавів або мінералокераміки);

- за матеріалом ріжучої частини - вуглецеві, швидкоріжучі, твердосплавні, мінералокерамічні, алмазні і з надтвердих матеріалів.

На рис. 4 показані основні типи різців і операції, виконувані на токарно-гвинторізних верстатах.

Рис. 4. Типи токарних різців та операції, які виконують на токарно-гвинторізних верстатах: 1, 8 - ліві прохідний і торцевий; 2, 4 - праві прохідні; 3 - лівий прохідний відігнутий; 5, 6 - розточні; 7 - торцевий правий; 9, 10 - прорізні; 11, 12 - відрізні; 13, 14 - круглий і призматичний фасонні; 15, 16 - різьбові; а - обробка зовнішніх циліндричних поверхонь; б - розточування внутрішніх поверхонь; в - обробка торцевих поверхонь; г- нарізування канавок на циліндричної та торцевої поверхнях; д - відрізання заготовки; є - одержання фасонної поверхні; ж - нарізування зовнішньої і внутрішньої різьб

Нижче приводиться коротка характеристика інструментальних матеріалів, з яких виготовлюються різці.

Вуглецеві інструментальні сталі У 8, У 10, У 10А, У 11А, У 12А містять 0,8...1,2 %С. Після термообробки мають твердість 60...62 НRС. Добре заточуються. Мають обмежене застосування, тому що припустима швидкість різання складає 15...19 м/хв у зв'язку з низькою теплостійкістю (200...250 °С). Застосовуються для виготовлення ручного ріжучого інструмента.

Леговані інструментальні сталі 6ХС, 9ХС, 9ХВГ, ХВГ, ХГ і інші містять 0,6....1,0 %С і приблизно по 1 % хрому, кремнію, марганцю і вольфраму. Після термообробки мають твердість НRСЗ 62...64 і теплостійкість 250...300 °С.

Швидкоріжучі сталі Р 12, Р 6М 5, Р 9Ф 5 містять 6...18 % вольфраму, завдяки чому їхня теплостійкість складає 600...630°С. Твердість після гартування 60...64 НRС. Швидкоріжучі сталі є найбільш розповсюдженими в даний час матеріалами для виготовлення цільних різців різного призначення.

Найбільш поширені тверді сплави трьох груп: вольфрамокобальтові (ВКЗ, ВК 8, ВК 10М), титановольфрамові (Т 5К 10, Т 15К 6, Т 30К 4) і титанотанталовольфрамові (ТТ 7К 12, ТТ 8К 10). Їх основу складають карбіди вольфраму, титану і танталу, для зв'язування порошкових карбідів використовується кобальт. Мають високу твердість НRА 86...90 і теплостійкістю 800... 1000 °С, що дозволяє обробляти деталі зі швидкістю до 800 м/хв. Тверді сплави випускають у виді пластинок, що кріпляться механічно чи припаюються до головки різця чи іншого інструменту.

Для виконання операцій чистової обробки з невеликою глибиною різання розроблений ряд сплавів з мінералокераміки, що завдяки практично необмеженим сировинним ресурсам має низьку вартість, забезпечує підвищення продуктивності праці і якість обробки. Мінералокераміка застосовується у виді змінних багатогранних пластин, що прикріплюються до металообробного інструмента, і поділяється на кілька груп: оксидна, чи біла, кераміка (марки ЦМ-332 і ВО-13), що складається на 99 % з оксиду алюмінію Аl₂0₃, і легуючих добавок (МgO, ZrO₂, та ін.); оксидно-карбідна, чи чорна, кераміка (марки ВОК-60, ВОК-63, В-3), що складається з: Аl₂0₃ (не менш 60 %), ТіС (до 40 %) та інших добавок; кераміка на основі нітриду кремнію Si₃N₄ з легуванням оксидами ітрію, цирконію, алюмінію та іншими (сілініт-Р).

Пластини з кераміки одержують методом спікання при температурах 1600...1800°С. Мінералокераміка має твердість НRА 91...94 і теплостійкість до 1200°С; застосовується для інструментів, що повинні забезпечувати високу розмірну точність заготовок. Внаслідок порівняно низької міцності і великої крихкості використовуються для обробки твердих матеріалів на великих швидкостях різання за умови безударних навантажень.

Полікристалічні синтетичні надтверді матеріали (СТМ) марок композит 01 (ельбор-РМ), композит 02 (бєлбор), композит 05 та інші, а також природні (марка А) і синтетичні алмази (наприклад, марок АСО, АСР, АСВ) використовуються для виготовлення ріжучих вставок для різців, свердел, фрез. Основою СТМ служить кубічний нітрид бора ВN, одержуваний при тиску понад 10⁵ МПа і температурі до 1700 °С. Синтетичні алмази одержують із графіту при температурі близько 2500°С і тиску близько 10⁴ МПа.

СТМ і алмази у виді полікристалів і одиничних зерен закріплюють у вершині різця. Такі різці забезпечують високу точність обробки і низьку шорсткість поверхні заготовки.

Схема звіту та порядок виконання роботи

1. Прохідний правий токарний різець. Зарисувати та вказати елементи конструкції різця та шість елементів його ріжучої частини.

2. Схема кутів різця в плані та в головній січній площині. Зарисувати схему і пояснити площини (основну та дві січні - головну і допоміжну), а також кути різця в головній січній площині.

3. Вимірювання кутів досліджуваного різця та аналіз їх впливу на процес різання.

4. Призначення основних типів токарних різців. Охарактеризувати типи різців та операції, які ними виконують з приведенням відповідних схем.

5. Характеристика застосування різця, якщо його ріжуча частина виготовлена з таких матеріалів: У 10А; Р 6М 5; ВК 8; Т 15К 6 (табл. 1; додаток). Марки сплавів розшифрувати, привести їх теплостійкість. Вказати, які матеріали можна обробляти і при яких умовах обробки.

Таблиця 1. Характеристика токарних різців

Контрольні питання

1. З яких частин і елементів складається різець?

2. Поясніть положення координатних площин різця?

3. Які кути вимірюють у головній січній площині?

4. Поясніть вплив головного заднього кута на знос і міцність ріжучої кромки різця.

5. Поясніть вплив кута загострення на силу різання і міцність ріжучої кромки різця.

6. Які кути вимірюють у допоміжній січній площині?

7. Як впливає передній кут на процес різання?

8. Які інструментальні матеріали застосовують для виготовлення токарних різців?

9. Чому вуглецеві інструментальні сталі рідко застосовують для виготовлення токарних різців?

Додаток. Інструментальні матеріали

Інструментальні матеріали для ріжучих інструментів повинні мати високу твердість, стійкість до спрацювання, а в ряді випадків - високу теплостійкість. Їх можна поділити за складом і ріжучими властивостями таким чином:

- вуглецеві, які мають низьку теплостійкість (до 200°С) і малу прогартовуваність (близько 8 мм);

- низьколеговані сталі підвищеної прогартовуваності та малої теплостійкості;

- швидкоріжучі сталі, які мають наскрізну прогартовуваність та високу теплостійкість (до 600...640°С);

- тверді інструментальні сплави (теплостійкість до 1000°С), їх виготовляють методом порошкової металургії у вигляді ріжучих пластинок, якими оснащують інструмент.

Використовуються також покриття ріжучих поверхонь інструменту за різними технологіями, які значно підвищують ріжучі властивості інструменту.

У марках інструментальних сталей вміст вуглецю зазначають у десятих частках відсотків (9ХС, 6ХВГ), а якщо його масова частка становить 1 % або більше, то на початку марки цифру взагалі не пишуть (X12, ХВГ тощо).

Вуглецеві інструментальні сталі (ГОСТ 1435-99) мають малу прогартовуваність (8...10 мм) та теплостійкість (близько 200°С). За хімічним складом їх поділяють на якісні і високоякісні. Якісні сталі позначають літерою У і числом, яке вказує вміст вуглецю у десятих частках процента, наприклад: У 8 (0,8 % С), У 12 (1,2 % С). Високоякісні сталі, в кінці марки мають літеру А (У 8А, У 12А).

Вибирають інструментальні сталі для виготовлення того чи іншого інструменту залежно від умов його роботи. Так, для різального інструменту, що працює без ударів (напилки, мітчики), застосовують сталі більш тверді, тобто з більшим вмістом вуглецю - У 10, У 12. Інструмент, який працює при ударних навантаженнях (зубила, молотки), повинен мати деяку в'язкість, тому для його виготовлення застосовують менш тверді й крихкі сталі з меншим вмістом вуглецю - У 7, У 8.

Інструментальні вуглецеві сталі (У 10, У 12) після гартування і низького відпускання мають твердість 60...63 HRC. Проте через низьку теплостійкість їхнє використання обмежене. З вуглецевих сталей виготовляють інструменти, які працюють зі швидкістю до 10... 15 м/хв: мітчики, плашки, напилки, шабери, ручні розвертки та ін.

Леговані інструментальні сталі. Інструментальні сталі легують головними чином карбідоутворювальними елементами - Сг, W, V, Мn. Легуючі елементи в легованих інструментальних сталях позначають літерами: В - вольфрам, М - молібден, К - кобальт, Ф - ванадій, X - хром, Г - манган, Н - нікель, Р - бор, С - силіцій, Т - титан, Ю - алюміній і т. п.

Низьколеговані інструментальні сталі (ДСТУ 3953-2000) мають малу теплостійкість та підвищену прогартовуваність (X, 9ХС, ХВГ та ін.). Порівняно з вуглецевими у них вищі міцність, зносостійкість та підвищена прогартовуваність, яка залежить від кількості легуючих елементів. Їх теплостійкість становить 300...350 °С, тому вони можуть працювати при малій швидкості різання, до 20...25 м/хв. З них виготовляють зенкери, розвертки, мітчики, плашки, протяжки та ін. Чим більший переріз інструменту, тим більше повинно міститися легуючих елементів у вибраній сталі для забезпечення повної прогартовуваності інструменту і отримання таким чином найбільшої його міцності.

Швидкоріжучі сталі (ГОСТ 19265-73) виділяють в окрему групу і позначають на початку марки літерою "Р" - швидкоріжуча ("рапід" - по французьки швидкість; Р 18, Р 6М 5 тощо). Після "Р" вказується без літери "В" кількість вольфраму у відсотках (Р 18, Р 6...), який найдорожчий у цій сталі. Молібден (...М 5-5 %Мо) - дешевший і є замінником вольфраму. Вміст у всіх сталях хрому (4 %Cr) та ванадію (до 2 %V) в марках не вказується.

Швидкоріжучі сталі мають повну прогартовуваність та високу теплостійкість, яка забезпечується великим вмістом карбідоутворюючих елементів: вольфраму (W) - основного, та інших - молібдену і ванадію (Mo, V), а також кобальту (Co). Вони можуть містити до 18 %W, до 8 %Co та інші елементи.

Твердість швидкоріжучих сталей (Р 18, Р 9К 5, Р 6М 5, Р 6М 5ФЗ) після гартування від температури близько 1250°С і відпускання до температури 520...580°С становить 62...65HRC, різальні властивості цих сталей зберігаються до 600...640 °С. Інструменти, виготовлені з цих сталей, можуть працювати зі швидкістю до 80 м/хв. Тобто, вони допускають режими різання в 3...5 разів вищі за продуктивністю, чим сталі, які теплостійкості не мають.

З швидкоріжучих сталей виготовляють різці, свердла, фрези, зенкери, протяжки.

Інструментальні тверді сплави (ГОСТ 3882-74). Металокерамічні тверді сплави, мають теплостійкість 900... 1000 °С, що дає можливість вести обробку різальними інструментами зі швидкістю до 800 м/хв. Виготовляють їх у вигляді пластинок методом порошкової металургії, яка включає процеси: виготовлення порошків, змішування порошків, пресування з них пластинок у пресформах та спікання. Ріжучі пластинки прикріплюються до ріжучих інструментів паянням або механічно.

За складом металокерамічні тверді сплави поділяються на однокарбідні (WC+CO), двокарбідні (WC+TiC+Co) та трикарбідні (WC+TiC+TaC+Co).

Сплави однокарбідної групи ВК (ВК 3, ВК 4, ВК 6, ВК 8, ВК 6-В, ВК 6-М, ВК 6-ОМ). Тут "В" - грубозернистий, "М" - дрібнозернистий, "ОМ" - особливо дрібнозернистий (розмір зерна до 1 мкм). ВК 3 використовують при обробці чавуну, кольорових сплавів, пластмас. ВК 3 містить 3 %Со+97 %WC.

Інструментами зі сплавів двокарбідної групи ТК (Т 5К 10, Т 15К 6 та ін.) обробляють сталі та інші в'язкі матеріали. Т 15К 6 містить 15 %ТіС+6 %Со+(100-15-6) %WC.

Сплави трикарбідної групи ТТК (ТТ 7К 12) застосовують при обробці важкооброблюваних жароміцних сталей. Зі збільшенням вмісту кобальту в сплаві міцність і ударна в'язкість зростають, а твердість і зносостійкість зменшуються. Тому інструменти, що працюють у важких умовах, при значних динамічних навантаженнях виготовляють зі сплавів з підвищеним вмістом кобальту. ТТ 7К 12 містить 7 %(ТіС+ТаС)+12 %Со+(100-7-12) %WC.

Для підвищення зносостійкості інструментів використовують хіміко-термічну обробку (азотування, ціанування), а також поверхневе іонно-плазмове напилення нітридом титану.

Обробку з найвищими швидкостями різання, а також обробку високоміцних матеріалів, загартованих сталей проводять інструментами, різальні частини яких оснащено мінералокеромічними матеріалами на основі оксиду алюмінію (ВОК 60), а також монокристалами з нітриду бору (гексаніт-Р). Проте мінералокераміка при високій теплостійкості (до 1200 °С) відзначається високою крихкістю і не витримує ударів, що обмежує її використання.

Размещено на Allbest.ru