Раздел 8. Технология обработки заготовок деталей машин

Тема 8.1. Основы слесарного дела

Значение и область применения слесарно-сборочных работ в современном машиностроении. Основные виды слесарных работ: разметка, рубка, опиливание, шабрение, притирка, доводка, сверление, развертывание, зенкерование, нарезание резьбы, клепка и др.; их назначение и область применения.

Основные виды сборочных работ: соединение на заклепках, резьбовые соединения, прессовые соединения, соединения трубопроводов и т.д.

Механизация слесарно-сборочных работ. Правила безопасности труда при выполнении слесарно-сборочных работ. Изучает основные виды слесарно-сборочных работ, их механизацию

Литература: [13], С.1-306

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Материал темы достаточно подробно изложен в рекомендованной литературе.

Следуем указать, что слесарные работы весьма широко распространены при техническом обслуживании и ремонте автомобилей. Характер применяемых слесарно-сборочных технологических операций зависит от характера данного производства.

Следует обратить внимание на изучение вопросов, связанных с механизацией основных слесарно-сборочных работ, и правил безопасности труда. На автомобильных заводах при монтаже и сборке механизмов слесарно-сборочные работы широко механизированы и при массовом производстве осуществляются на конвейере.

Тема 8.2. Резание металлов, элементы и геометрия резца

Современные технологические методы формообразования деталей машин. Геометрические параметры токарного резца и других режущих инструментов, их влияние на процесс резания и качество обработки поверхностей.

Литература: [2], с.325-334; [3], с.267-272

Лабораторная работа №3

Измерение основных углов токарного резца. Измерение основных углов токарного резца. Выполняет измерения основных углов токарного резца.

Тема 8.3 Основы учения о резании металлов, понятие о режимах резания

Физические закономерности воздействия инструмента на материал заготовки. Понятие о видах обработки металлов резанием. Элементы режима резания и их выбор.

Понятие о машинном времени и его значение.

Факторы, влияющие на уменьшение машинного времени.

Методические РЕКОМЕНДАЦИИ

В машиностроении и в других отраслях промышленности обработка металлов резанием имеет большое распространение, так как она обесточивает необходимую точность и чистоту поверхности в соответствии с рабочими чертежами.

Обработку металлов резанием осуществляют на металлорежущих станках при помощи различных режущих инструментов путем снятия стружки.

При изучении основных понятий о резании металлов и режущем инструменте прежде всего необходимо твердо усвоить классификацию и суть основных способов обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление и т.п. Следует внимательно рассмотреть и запомнить наиболее важные термины элементов резания (скорость резания, глубина резания, подача и др.).

Рекомендуется вычертить в своем конспекте основные схемы процессов резания с указанием на них элементов резания.

Кроме того, учащимся необходимо наглядно ознакомиться с процессами резания в механической мастерской или механическом цехе.

Резцы являются наиболее распространенным инструментом. Элементы и углы резца являются основой и для других более сложных инструментов.

Для правильного понимания геометрических параметров резца необходимо хорошо усвоить понятия: плоскость резания, основная и главная секущая плоскости.

Пользуясь рекомендованной литературой, следует вычертить эскиз токарного проходного резца в плане и рассмотреть углы в плане и в секущих плоскостях.

Целесообразно, разбирая назначение углов, установить их влияние на производительность и экономичность процессов резания, а также на чистоту обрабатываемой поверхности.

Настоятельно рекомендуется учащимся изготовить для себя небольшой деревянный макет токарного проходного резца, сделав на нем нее углы увеличенными по сравнению с нормальными резцами. Изготовление такого макета посильно любому учащемуся.

Затем следует рассмотреть общую классификацию резцов, для полного представления следует сделать себе эскизы различных типов резцов, уделяя внимание видам работ, выполня­емым различными резцами.

Следует понять и усвоить сущность физических явлений, сопровождающих процесс резания, их роль и влияние на стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.

Процесс образования стружки сопровождается целым рядом явлений, а именно: упругими и пластическими деформациями, усадкой стружки, образованием нароста, наклепок обработанной поверхности, трением и выделением теплоты. Необходимо в этих явлениях разобраться и установить зависимость их от геометрии резца, качества обрабатываемого материала, от глубины резания, подачи и других факторов. Все эти явления значительно влияют на качество обработанной поверхности, на стойкость инструмента, а также на экономичность изготовления деталей.

Равнодействующую всех сил, действующих на резец со стороны обрабатываемого материала, называют силой сопротивления резанию.

Приступая к изучению сил, действующих на резец в процессе резания, следует восстановить в памяти правила разложения сил, на плоскости и в пространства. Необходимо запомнить, в каких направлениях действуют слагаемые силы резания Р, возникающей при обработке резанием.

Многочисленные исследования в области резания металлов дали возможность установить, что величина силы резания зависит от многих факторов, основными из которых является обрабатываемый материал, глубина резания, подача, передний угол резца, главный угол в плане, охлаждение, износ резца, скорость резания.

Каждый из указанных факторов по-разному влияет на силу резания. Следует знать, как именно влияют вышеперечисленные факторы на величину сил резания, после чего следует ознакомиться и проанализировать экспериментальную формулу усилия резания, приведенную в рекомендуемых учебниках.

При изучении усилия резания надо уяснить, как подсчитываются крутящие моменты и мощность резания. С тепловыми явлениями связаны почти все основные факторы, сопутствующие процессу резания: сила резания, качество обработанной поверхности, деформация металла, стойкость и износ инструмента. Поэтому изучение тепловых явлений при резании металлов приобретает важное практическое значение. Особо важным фактором в процессе резания является скорость резания.

Скорость резания зависит от многих факторов: свойства обрабатываемого материала, материала режущей части резца, стойкости инструмента, подачи, глубины резания, геометрии режущей части резца, способа охлаждения. Учащимся следует внимательно разобраться в этом вопросе, так как это необходимо знать для дальнейшего изучения расчетов режимов резания.

Необходимо ознакомиться и проанализировать экспериментальную формулу скорости резания, приведенную в рекомендованной литературе.

Основным препятствием в повышении скорости резания является снижение стойкости режущих инструментов, так как скорость резания очень сильно снижает стойкость инструмента. Так, например, при увеличении скорости резания всего на 10% стойкость резцов падает в 2 раза. Для данного обрабатываемого материала и данных условий работы каждой скорости резания соответствует своя определенная стойкости инструмента. Изменение стойкости инструмента в зависимости от скорости резания выражается формулой:

где V₁, и V₂- скорости резания; T₁- стойкость, соответствующая скорости резания V₁; Т₂ - стойкость, соответствующая скорости резания V₂ ; m- показатель относительной стойкости.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей оказывает существенное влияние на повышение температуры в процессе резания, на повышение стойкости инструмента, а следовательно, на повышение скорости резания, допускаемой инструментом.

Разрабатывая технологический процесс механической обработки, технолог, имея в виду достижением наименьшей себестоимости операции и наибольшей производительности, соответственно выбирает станок, инструмент и режимы резания.

Выбор режима резания состоит в определении глубины резания, подачи и скорости резания (числа оборотов), при этом следует добиваться наиболее выгодного сочетания этих элементов резания. При этом скорость резания, допускаемая режущей способностью резца, является основным фактором, влияющим на экономичность обработки и стойкость инструмента.

Для назначения режима резания необходимо знать материал заготовки и его физико-механические свойства, размеры заготовки, размеры детали и технические условия на её обра­ботанные поверхности, кинематические и динамические данные станка, на котором будут обрабатываться заготовки.

Выбранный режим резания должен соответствовать числу оборотов данной модели станка, величине подачи, допускаемой прочности механизма коробки скоростей и коробки подачи, крутящему моменту шпинделя и мощности электропривода с учетом к.п.д. передач станка. Выбранный режим необходимо уточнить по паспортным данным станка.

Назначение режима резания обычно производится по нормативным таблицам, помещенным в соответствующих справочниках, или путем расчета по формулам. Справочники составляются путем обобщения данных опыта работы передовых заводов, научно-исследовательских институтов и станочников-новаторов производства.

Определение режимов резания нужно производить в следующей последовательности:

1. Определяется глубина резания. При этом желательно, чтобы весь припуск, подлежащий снятию при черновой обработке, был снят за один проход. Чистовая обработка обычно производится за два прохода (на чистовую обработку обычно оставляют от 0,5 до I мм на сторону).

Глубина резания при обточке определяется по формуле:

где t - глубина резания, мм; D - диаметр вала до обра­ботки, мм; d-- диаметр вала после обработки, мм.

При растачивании отверстия:

где d - диаметр втулки послу растачивания, мм; D - диаметр втулки до растачивания, мм.

При подрезке валика или втулки глубина резания определяетcя по формуле:

где l - длина валика (втулки) до подрезки, мм; l₁ - дли­на валика (втулки) после подрезки, мм.

При отрезке (разрезке) валика или втулки глубина резания t равна ширине главной режущей кромки отрезного резца.

2. По выбранной глубине резания и диаметру обрабатываемой поверхности (или другому показатели) определяется максимальная технологически допустимая подача S_T .

Объясняется это тем, что для уменьшения машинного вре­мени при одной и той же стойкости резца выгодно работать с большими подачами.

Однако максимальная технологически допустимая подача лимитируется целым рядом факторов:

а) требованиям к качеству обрабатываемой поверхности (высотой шероховатостей);

б) жесткостью системы: станок, деталь, приспособление, резец;

в) прочностью резца (державки, пластинок);

г) прочностью механизма подачи станка;

д) прочностью деталей механизма главного рабочего движения станка.

Величина допустимой подачи из условий заданной шероховатости обработки выбрана по нормативным таблицам и задана условием задачи.

Выбранную подачу корректируют по паспорту станка. При больших значениях подачи необходимо проверить, обеспечивается ли выбранная подача прочностью механизмов станка.

3. По найденным значениям глубины резания и подачи с помощью таблиц или путем расчета по формулам определяется скорость резания (табличная). В тех случаях, когда производственные условия не совпадают с теми, для которых составлены справочные таблицы, найденную скорость резания следует прокорректировать с помощью поправочных коэффициентов, величины которых приведены в тех же справочниках.

На скорость резания, допускаемую режущим инструментом, влияют на его стойкость, обрабатываемый материал, глубина резания и подача, состояние поверхности заготовки, геометрия инструмента, размеры крепежной части и допускаемый износ инструмента, вид обработки и смазочно-охлаждающие жидкости.

Учащимся необходимо учесть поправочные коэффициенты на обрабатываемый материал К_Mv, на материал режущей части инструмента К_Uv , на главный угол в плана К_φv, и на смазочно-охлаждающие жидкости К_Ov.

Тогда теоретическая скорость резания определяется по формуле:

м/мин.

4. Определяется (теоретическое) число оборотов шпинделя или число двойных ходов. Теоретическое число оборотов нужно сравнить с паспортом станка и принять ближайшее большее, или меньшее (в пределах 5%) число оборотов, допускаемое шпинделем станка.

5. Определяется фактическая скорость резания, соответствующая выбранному числу оборотов из паспорта станка.

6. Определяется усилие, необходимое на резание по нор­мативам или по формулам. В условиях задач усилие резания P_z задано.

7. Определяется мощность, необходимая на резание, по одной из следующих формул:

л.с. или

кВт

8. Определяется потребная мощность (N_м) электродвигателя, необходимая для выполнения выбранного режима резания, которая не должна превышать мощность станка с учетом его коэффициента полезного действия. Если потребная расчетная мощность окажется больше мощности электродвигателя станка, то следует пересчитать режим резания. При этом целесообразно уменьшать число оборотов, а не подачу.

Мощность, затрачиваемую на резание с учетом к.п.д. станка ή, подсчитывают по формуле;

, кВт (л.с.)

9. Определяют коэффициент загрузки станка по формуле:

10. Последним этапом расчета является определение машинного времени с учетом величины врезания и перебега инструмента по формуле:

где L - полная длина перемещения резца в направлении подачи, мм;

n_ф - фактическое число оборотов заготовки в минуту;

S_ф- фактическая подача, мм/об;

i - число проходов.

В свою очередь (см. рис. на следующей стр.).

,

где l - длина обрабатываемой детали, мм; y₁- величина врезания, мм; y₂ - выход режущего инструмента (перебег), мм (обычно принимается равным 1 + 3 мм).

Величина врезания y₁ определяется из прямоугольного треугольника (см. рис. на следующей стр.)

, мм.

При подрезке торца валика

При подрезке торца трубы

При отрезке (разрезке) валика отрезным резцом с режущей кромкой, параллельной оси:

мм

При отрезке (разрезке) трубы резцом с режущей кромкой, параллельной оси.

мм

где D – наружный диаметр заготовки; d - внутренний диаметр трубы

Машинное время может быть уменьшено путем применения высокопроизводительных инструментов и методов обработки, а также путем правильного выбора основных элементов режима резания: глубины резания, подачи и скорости резания. Рассматривая и анализируя формулу машинного времени, учащимся следует твердо уяснить себе, что уменьшения машинного времени можно достигнуть за счет сокращения числа проходов (уменьшение припуска на обработку или увеличение глубину резания), увеличения числа оборотов или двойных ходов (увеличение скорости резания) и увеличения подачи. В массовом и серийном производстве путем применения многорезцовых станков (к других станков) добиваются уменьшения дайны обработки, так как каждый инструмент проходит лишь часть пути обрабатываемой поверхности.

При изучении настоящей темы следует уделить особое внимание определению оптимальной скорости резания и уяснить себе степень влияния основных факторов на величину скорости резания.

Следует ознакомиться с нормативами и поправочными коэффициентами для выбора режимов резания, а также с формулами определения скорость резания, усилия резания, крутящего момента и мощности резания.

Так как данный вопрос в рекомендуемой литературе освещен недостаточно полно, то рекомендуется внимательно изучить настоящие методические указания о порядке расчета режимов резания и внимательно рассмотреть приведенный в методических указаниях пример расчета, а также ознакомиться с высокопроизводительными методами резания.

Высокопроизводительные метода резания металлов, используемые новаторами на многих заводах, являются прогрессивными методами обработки ввиду того, что они не только способствуют уменьшению во много раз основного технологического (машинного) времени, но и улучшению чистоты поверхности, повышению усталостной прочности и.уменьшению удельного расхода энергии.

Анализируя формулу машинного времени можно сделать вывод, что для уменьшения машинного времени нужно увеличить знаменатель дроби ( ) и сократить число проходов i.

Следовательно, возможны два пути повышения производительности труда:

- увеличение скорости резания;

- увеличение подачи.

Особенностью процесса резания при работе с большими подачами являются так называемые "обратные стружки”, у которых глубина резания меньше подачи.

При изучении данной темы необходимо уяснить основные особенности высокопроизводительного резания и ознакомиться с конструкциями режущих инструментов, применяемых новаторами производства. При этом следует особое внимание обратить на особенность геометрических параметров режущих инструментов, обеспечивающих высокую их стойкость.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Подведите классификации основных способов обработки металлов резанием в зависимости от характера главного движения и движения подачи.

2. Что называется глубиной резания при точении и как она определяется?

3. Как определяется подача при точении?

4. Что называется скоростью резания и как её определить?

5. Приведите классификацию резцов по виду обработки, по выполняемой работе, по направления подачи и по форме головки.

6. Нарисуйте эскиз головки токарного правого проходного резца и укажите на нем его основные элемента.

7. Что такое сила резания и какие фактору влияют на её величину?

8. Напишите эмпирическую формулу, которой пользуются для определения величины силы резания.

9. Как определить мощность, необходимую для осуществления процесса резания?

10. Какое влияние оказывает теплота на стружку, инструмент и обрабатываемую деталь?

11. Почему с увеличением угла резания увеличивается выделение тепла?

12. Почему с уменьшением угла в плане улучшается теплоотвод?

13. Что такое стойкость инструмента и от каких факторов она зависит?

14. Что называется экономической скоростью инструмента?

15. Какой из элементов резания оказывает наибольшее влияние на стойкость инструмента?

16. Какое влияние оказывает смазочно-охлаждающие жидкости на стойкость инструмента?

17. Как выбирают глубину резания и величину подачи?

18. Как определяется скорость резания и машинное время?

19. Каково назначение поправочных коэффициентов при назначении режима резания? Порядок назначения.

20. В чем заключается сущность скоростного резания?

21. Укажите назначение каждой режущей кромки резца Колесова.