
- •Введение
- •Основы теории резания материалов
- •1. Движения, происходящие при обработке резанием
- •2. Инструментальные материалы
- •2.1. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам
- •2.2. Инструментальные стали
- •Углеродистые инструментальные стали
- •2.2.2. Легированные инструментальные стали
- •Быстрорежущие стали
- •2.3. Металлокерамические твердые сплавы
- •2.4. Дисперсионно -твердеющие сплавы
- •2.5. Минералокерамика
- •2.6. Сверхтвердые материалы (стм)
- •2.7. Выбор инструментального материала
- •3. Геометрия режущего инструмента
- •3.1 Общие сведения
- •3.2. Устройство проходного токарного резца
- •3.3. Общие понятия и определения
- •3.4. Геометрия проходного токарного резца
- •3.5. Назначение углов
- •3.6. Зависимости между углами, измеряемыми в различных координатных и секущих плоскостях
- •3.7. Влияние установки резца на станке на его геометрию
- •3.7.1. Резец повернут в основной плоскости
- •3.7.2. Резец смещен по вертикали от оси вращения шпинделя токарного станка
- •3.8. Влияние различных движений, составляющих движение резания, на геометрию
- •3.8.1. Влияние движения подачи
- •3.8.2. Влияние движения формообразования при нарезании резьбы резцом
- •3.8.3. Влияние вибрационного движения
- •3.9. Конструкция и геометрия спирального сверла
- •3.9.1. Конструкция
- •3.9.2. Геометрия
- •3.10. Геометрия фрез
- •3.10.1. Общие признаки
- •3.10.2. Цилиндрическая фреза с прямыми зубьями
- •3.10.3. Фреза с винтовыми зубьями
- •3.10.4. Торцовая фреза со вставными ножами
- •Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Строгание
- •4.2.1.Элементы режима резания
- •4.2.2. Геометрия срезаемого слоя
- •4.2.3. Геометрическая шероховатость
- •4.3. Точение
- •4.3.1. Режим резания
- •4.3.2. Геометрия срезаемого слоя
- •4.3.3. Геометрическая шероховатость
- •4.4. Обработка цилиндрической фрезой с прямыми зубьями
- •4.4.1. Элементы режима резания
- •4.4.2. Элементы фрезерования
- •4.4.3. Геометрия срезаемого слоя
- •4.4.4. Геометрическая шероховатость
- •4.5. Два вида фрезерования – попутное и встречное
- •4.6. Обработка цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями
- •4.6.1. Элементы режима резания
- •4.6.2. Геометрия срезаемого слоя
- •4.7. Равномерное фрезерование
- •4.8. Торцовое фрезерование
- •4.8.1. Виды торцового фрезерования
- •4.8.2. Элементы режима резания
- •4.8.3. Элементы фрезерования
- •4.8.4. Геометрия срезаемого слоя
- •4.8.5. Геометрическая шероховатость
- •4.9. Круглое наружное шлифование
- •4.9.1. Понятие об абразивном инструменте
- •4.9.2. Кинематика и элементы режима резания
- •4.9.3. Толщина срезаемого слоя
- •4.10. Нарезание резьбы
- •4.10.1. Нарезание резьбы резцом
- •4.10.2. Нарезание резьбы гребенкой
- •4.10.3. Нарезание резьбы метчиками и плашками
- •4.10.4. Нарезание резьбы гребенчатыми фрезами
- •4.11. Сверление
- •4.12. Зенкерование и развертывание
- •5. Процесс образования стружки
- •5.1. Характеристика стружек
- •5.2. Механизм пластической деформации
- •В процессе пластической деформации
- •5.3. Механизм образования стружки
- •5.4. Причины образования различных стружек
- •5.9. Влияние угла сдвига на толщину стружки
- •5.5. Показатели деформации срезаемого слоя
- •5.5.1. Усадка
- •5.5.2. Относительный сдвиг
- •5.6 Прогнозирование вида и размеров стружки при резании металлов
- •5.7. Скорость деформации
- •5.7.1 Общие сведения
- •5.7.2 Оценка средней скорости пластической деформации при резании металлов
- •5.8. Исследование деформации срезаемого слоя методом координатных сеток
- •5.9. Зона стружкообразования
- •5.10. Влияние факторов процесса резания на деформацию срезаемого слоя
- •5.11. Внутреннее строение стружки
- •5.12 Определение угла текстуры стружки
- •5.13. Определение угла сдвига
- •5.14. Определение среднего коэффициента трения при резании металлов
- •5.15 Оценка предельного значения угла сдвига при резании материалов
- •6. Явления, сопутствующие процессу резания и влияющие на качество обработки
- •6.1. Общая характеристика
- •6.2. Нарост
- •6.3. Образование остаточных напряжений
- •6.4. Влияние остаточных напряжений на эксплуатационную прочность деталей машин
- •6.5. Измерение остаточных напряжений
- •6.6. Вибрации при резании металлов
- •6.7. Вибрационное резание
- •6.8. Деформационное упрочнение (наклёп)
- •7. Силы резания
- •7.1. Значение вопроса
- •7.2. Силы, действующие на лезвие проходного токарного резца
- •7.3. Эмпирические формулы для расчета сил резания
- •7.4. Удельное давление резания
- •7.5. Соотношение между составляющими силы резания
- •7.6. Экспериментальное исследование сил резания
- •7.6.1. Принцип измерения сил и типы динамометров
- •7.6.2. Методика проведения эксперимента
- •7.6.3. Обработка результатов измерения
- •7.7. Расчет сил, действующих на лезвие инструмента
- •7.7.1. Постановка вопроса
- •7.7.3. Расчет сил, действующих по задней поверхности лезвия
- •7.7.4. Теоретические формулы для расчета составляющих силы резания
- •7.7.5 Прогнозирование радиуса скругления режущей кромки инструмента
- •7.7.6. Расчет сил, действующих при косоугольном резании
- •7.7.7 Влияние угла наклона режущей кромки на главную составляющую силы резания
- •7.8. Определение расчетных нагрузок при проектировании элементов технологических систем
- •7.8.1. Общие положения
- •7.8.2. Расчет сил резания при обработке фрезами с прямыми зубьями
- •7.8.3. Расчет сил, действующих при обработке фрезами с винтовыми зубьями
- •7.8.4. Расчет сил, действующих при торцовом фрезеровании
- •7.8.5. Расчет сил, действующих при протягивании
- •7.8.6. Расчет сил, действующих при сверлении
- •8.3. Температура резания
- •8.4. Расчет температуры на контактных поверхностях лезвия режущего инструмента
- •8.4.1. Общие сведения
- •8.4.2. Понятие о температурном поле
- •8.4.3. Понятие о градиенте температуры
- •8.4.4. Основной закон теплопроводности
- •8.4.5. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •8.4.6. Условия однозначности при решении дифференциального уравнения теплопроводности
- •8.4.7. Схематизация формы и теплофизических характеристик тел, участвующих в теплообмене
- •8.4.8. Фундаментальное решение дифференциального уравнения теплопроводности
- •8.4.9. Описание формы тел и условий на граничных поверхностях с помощью системы отраженных источников
- •8.4.10. Конвективный теплообмен
- •8.4.10.1. Общие сведения
- •8.4.10.2. Теплоотдача при естественной конвекции
- •8.4.10.3. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости или газа
- •8.4.10.4. Регулярный режим охлаждения
- •8.4.10.5. Теплообмен при изменении агрегатного состояния жидкости
- •8.4.10.6. Теплообмен при конденсации пара
- •8.4.10.7. Лучистый теплообмен
- •8.4.11. Расчет интенсивности источников тепла в зоне резания
- •Расчет средних температур на контактных площадках лезвия резца [25]
- •9. Износ и стойкость режущего инструмента
- •9.1. Природа и виды изнашивания режущего инструмента
- •9.2. Геометрия износа
- •9.3. Измерение износа инструмента
- •9.4. График износа инструмента. Понятие о стойкости инструмента и критерии его затупления
- •9.5. Зависимость стойкости от факторов процесса резания
- •9.6. Оптимальная стойкость инструмента
- •9.6.1. Постановка вопроса
- •9.6.2. Определение экономической стойкости
- •9.6.3. Определение стойкости, наибольшей производительности
- •9.7. Обрабатываемость резанием
- •9.8. Методы улучшения обрабатываемости материалов резанием
- •9.9. Прочность лезвия инструмента
- •9.9.1. Общие сведения
- •9.9.2. Хрупкое разрушение лезвия
- •9.9.3. Пластическое разрушение лезвия
- •10. Определение оптимального режима резания
- •10.1. Обоснование методики выбора элементов режима резания
- •10.2. Токарная обработка
- •10.2.1. Общие указания
- •10.2.2. Выбор геометрии режущей части
- •10.2.3. Глубина резания
- •10.2.4. Определение наибольшей технологически допустимой подачи
- •10.2.4.1. Определение подачи, допускаемой шероховатостью обработанной поверхности
- •10.2.4.2. Определение подачи из условия обеспечения заданной точности обработки
- •10.2.5. Выбор сечения стержня резца
- •10.2.6. Определение силы подачи
- •10.2.7. Определение скорости резания
- •10.2.8. Определение потребной мощности станка
- •10.2.9. Выбор станка
- •10.2.10. Определение параметров настройки токарного станка
- •10.3. Определение режима резания для многоинструментальной обработки
- •10.4. Фрезерование
- •10.4.1. Общие указания
- •10.4.2. Определение подачи
- •10.4.3. Определение скорости резания и выбор станка
- •10.5. Сверление
- •10.5.1. Общие рекомендации
- •10.5.2. Определение подачи
- •10.5.3. Определение скорости резания, мощности и силы подачи
- •10.6. Зенкерование и развертывание
- •10.6.1. Общие рекомендации
- •10.6.2. Определение подачи
- •10.6.3. Определение скорости резания, мощности станка и его настроечных данных
- •10.7. Шлифование
- •10.7.1. Общие рекомендации
- •10.7.2. Определение глубины резания
- •10.7.3. Выбор подачи
- •10.8. Нарезание резьбы
- •10.8.1. Общие указания
- •10.8.2. Нарезание резьбы резцами, плашками и винторезными головками
- •10.8.3. Нарезание резьбы гребенчатыми фрезами
- •10.8.4. Нарезание резьбы метчиками
- •10.9. Особенности обработки резанием пластмасс
- •Основные физико-механические свойства некоторых пластмасс
- •Рекомендуемые геометрические параметры режущего инструмента для обработки пластмасс резанием
- •Режимы резания при обработке пластмасс
- •11. Процессы физико-химической обработки
- •11.1. Общая характеристика физико-химических методов обработки (фхо)
- •11.2. Электроэрозионная обработка (ээо)
- •11.2.1. Общая характеристика ээо
- •11.2.2. Основные виды технологических процессов ээо
- •11.2.3. Оборудование для ээо
- •11.3. Электрохимическая обработка (эхо)
- •11.4. Ультразвуковая обработка материалов (узом)
- •11.5. Лучевая обработка
- •11.5.1. Лазерная обработка
- •11.5.2. Электронно-лучевая обработка
- •11.6 Комбинированные методы обработки (кмо)
- •Приложение
- •Библиографический список
- •Содержание
- •6. Явления, сопутствующие процессу резания и влияющие
- •Процессы механической и физико-химической обработки материалов
- •107077, Г. Москва, Стромынский пер., 4
2.2.2. Легированные инструментальные стали
Произошли в результате улучшения свойств углеродистых инструментальных сталей путем введения небольшого количества, не превышающего 1%, различных легирующих элементов: хрома, вольфрама, марганца, кремния, ванадия и др. Основные марки этих сталей:
11ХФ(1,1%C,+1%Cr+0,3%V+Fe), 9XC(0,9%C+1,4%Si+1%Cr+Fe), XВГ(1%C+1%Cr+1%W+1%Mn+Fe).
Сталь ХВГ отличается уникальным свойством: легирующие компоненты Сr, W, Mn подобраны в ней так, что превращения, происходящие при термической обработке, не вызывают изменения объема материала. Это позволяет уменьшить деформирование инструмента в процессе термической обработки и длительной эксплуатации.
Введение легирующих компонентов улучшает свойства стали: хром повышает прокаливаемость, вольфрам - теплостойкость, ванадий - твердость.
Допустимая
температура для этих сталей лежит в
интервале
К,
твердость HRC 61...64, предел прочности при
изгибе σu
= 2500...3000 МПа. Инструменты из этих сталей
допускают в 1,2...1,4
раза
более высокие скорости резания по
сравнению с углеродистыми инструментальными
сталями.
Сталь марки ХВГ предназначена для изготовления крупногабаритных инструментов: протяжек, длинных метчиков и др.
Сталь марки 9ХС применяется для изготовления сверл и разверток диаметром не более 10 мм, метчиков, плашек. Из легированных инструментальных сталей изготовляется около 5% режущего инструмента.
Быстрорежущие стали
Являются основными инструментальными материалами. Все марки обозначаются буквой Р. Около 50% инструментов изготовляется из этих сталей. По применяемости они делятся на две группы: стали нормальной производительности и стали повышенной производительности.
Стали
нормальной производительности применяются
в общем машиностроении для обработки
материалов, сравнительно хорошо
поддающихся обработке резанием. Основными
марками этих сталей являются: Р6М5
(0,85%C+3%Cr+6%W+5%Mo+1,5%V+Fe), Р18 (0,7%C+3%Cr+18%W+1%V+Fe) и др.
В связи с тем, что вольфрам является
дефицитным материалом, сталь марки Р18
выпускается в ограниченном количестве.
Применение ее допускается для изготовления
точного инструмента сложного профиля,
подвергающегося шлифованию: фасонные
резцы, червячные фрезы, зуборезные
долбяки и др. Эти стали характеризуются
твердостью HRC 62...65, пределом прочности
при изгибе σu
=
2900...3400 MПа, допустимой температурой
K.
При
обработке сталей средней твердости,
например незакаленной стали 45, они
допускают скорости резания в пределах
0,8…1,0 м/с. Подавляющее большинство
инструментов: сверла, зенкеры, развертки,
резцы, метчики, плашки и другие
изготовляются из стали марки Р6М5.
Стали повышенной производительности применяются для изготовления инструментов, предназначенных для обработки труднообрабатываемых материалов, к которым относятся высокопрочные стали и сплавы, титановые сплавы, нержавеющие стали, жаропрочные сплавы и другие материалы со специфическими свойствами. Эти стали по химическому составу делятся на кобальтовые, ванадиевые и кобальтованадиевые.
Представителями
кобальтовых сталей являются стали марок
Р9К5 и Р9К10.Кобальт повышает теплопроводность
стали и допустимую температуру до
К.
Эти стали хорошо шлифуются. Предел
прочности при изгибе лежит в пределах
σu=2100...2500
МПа. Недостатком этих сталей является
склонность к обезуглероживанию при
термической обработке, т.е. к переходу
углерода из поверхностных слоев
инструмента в соляную ванну, применяющуюся
для нагрева инструмента при его
термообработке, путем соединения с
кислородом, имеющимся в ванне. Для
устранения явления обезуглероживания
соляные ванны раскисляют бурой.
Обезуглероженный слой на инструменте
имеет пониженную твердость и поэтому
должен быть удален при заточке или
шлифовании. Для этого необходимо
предусматривать увеличенные припуски
до 1,5 мм на рабочих поверхностях и лезвиях
инструмента.
Применение кобальтовых сталей в связи с дефицитом кобальта весьма ограничено и допускается в обоснованных случаях: при обработке титановых, жаропрочных и высокопрочных сплавов.
Марки ванадиевых быстрорежущих сталей: Р9Ф5, Р18Ф2, Р14Ф4 и др. Ванадий - недефицитный материал. Стоимость ванадиевых сталей в 1,5..2 раза ниже, чем кобальтовых. Ванадий придает материалу высокую твердость HRC 6З...65, т.к. он является карбидообразующим элементом. Твердость карбида ванадия VC высокая и сопоставима с твердостью электрокорунда, применяемого для заточки и шлифования инструмента. Поэтому инструменты из ванадиевых сталей плохо поддаются шлифованию. Эти стали не рекомендуются для инструментов сложного профиля, подвергающихся шлифованию.
Ванадиевые
стали характеризуются высокой прочностью
при изгибе σu=3000...3100
МПа, допустимой температурой
К.
Эти стали применяются для изготовления
инструментов, предназначенных для
обработки титановых сплавов, закаленных
сталей: развертки, концевые фрезы,
метчики и др.
Ванадиево
- кобальтовые стали марок Р12Ф4К5, Р10К5Ф5,
Р10М4Ф3К5 и другие обладают преимуществами
кобальтовых и ванадиевых сталей.
Характеризуются весьма высокой твердостью
HRC 63...67, допустимой температурой
К,
прочностью при изгибе 2800... 3500 МПа.
Рекомендуются для обработки
труднообрабатываемых материалов высокой
прочности с твердостью HRC 43...45.
Быстрорежущие
стали могут быть литыми, когда исходная
заготовка получается по технологии
литья, и порошковыми, когда заготовка
для инструмента получается по технологии
порошковой металлургии. В последнем
случае после выплавки быстрорежущей
стали ее превращают путем распыления
в мелкозернистый порошок с размером
частиц 120…180 мкм. Порошок помещают в
контейнер, предварительно его прессуют
в холодном состоянии, выкачивают из
контейнера воздух, нагревают до
К
и вторично прессуют под давлением 14000
МПа. Из полученного материала куют
заготовки. Порошковые быстрорежущие
стали характеризуются мелкодисперсной,
однородной структурой, равномерным
распределением карбидов. Они имеют
более высокую твердость, прочность и
теплостойкость. Шлифуемость стали
улучшена. Все это обеспечивает более
высокие режущие свойства инструмента.
Марки порошковых быстрорежущих сталей
обозначаются буквой П: Р6М5П, Р18П и т.п.