
- •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
11.2. Электроэрозионная обработка (ээо)
11.2.1. Общая характеристика ээо
Эрозия - процесс разрушения. Электроэрозия - разрушение, происходящее на поверхности одного из проводников, разделенных диэлектриком, в период электрического разряда между ними.
|
а б |
Рис.11.1. Электрическая схема генератора электроискровых разрядов. |
Рис.11.2. Схема расположения электрода (а) и образование углубления в аноде – заготовке (б) |
Если два проводника, в дальнейшем называемых электродами, присоединенные к электрической цепи, состоящей из конденсатора и источника тока (см. рис.11.1), поместить в среду диэлектрика (масло, дистиллированная вода, керосин и др.) (см. рис.11.2) на некотором расстоянии друг от друга S, то по мере сближения электродов 1 и 2 усиливается ионизация межэлектродного промежутка (МЭП) и возрастает напряженность Е электрического поля обратно пропорционально расстоянию между ними: Е = U/S, где U - разность потенциалов между электродами, S - зазор.
Рис.11.3. Форма и размеры лунки,
образующейся в результате искрового
разряда.
При некотором зазоре, составляющем несколько сотых долей миллиметра, происходит электрический разряд между электродами и через промежуток между ними протекает электрический ток - движение электронов от отрицательно заряженного электрода - катода 1 (см. рис.11.2) к положительно заряженному электроду - аноду 2. В обратном направлении происходит движение более тяжелых положительно заряженных частиц - ионов. Скорость движения электронов больше, так как их масса меньше массы ионов, и они быстрее достигают анода: их кинетическая энергия превращается в тепловую, температура по поверхности анода повышается до 5000...12000°С - материал анода плавится и испаряется. Расплавленные частицы анода выбрасываются в окружающее пространство, затвердевают и уносятся жидким диэлектриком. На аноде образуется углубление (см. рис.11.3) в форме сферической лунки диаметром DЛ и глубиной НЛ. Длительность электрического разряда может составлять от микросекунды до тысяч микросекунд. Разряды происходят с большой частотой. С уменьшением частоты и увеличением длительности разрядов возрастает возможность для достижения тяжелыми ионами поверхности катода и его разрушения путем расплавления и испарения материала катода. При уменьшении частоты разрядов усиливается разрушение катода и, начиная с некоторой частоты, разрушение катода становится превалирующим - искровой разряд переходит в дуговой. В этом случае заготовку необходимо соединить с отрицательным полюсом источника тока, то есть она будет катодом, а инструмент - анодом. Полярность, при которой заготовка является анодом, а инструмент - катодом, называется прямой. Обработка при прямой полярности называется электроискровой. Обработка, когда заготовка является катодом, а инструмент - анодом, называется электроимпульсной и происходит при обратной полярности.
С увеличением времени обработки диэлектрическая жидкость насыщается металлическими частицами обрабатываемой заготовки - технологические свойства ее ухудшаются. Поэтому ее целесообразно прокачивать через межэлектродный промежуток, а при предельной насыщенности ее следует заменить. Электроды изготавливаются из графита, вольфрама, меди и других материалов.
Технологическими характеристиками ЭЭО являются: производительность обработки, шероховатость и точность обработанной поверхности, физико-химические характеристики поверхностного слоя. В процессе эрозии можно выделить три стадии её протекания.
В первой стадии происходит пробой межэлектродного промежутка (МЭП) – разряд в результате образования зоны с высокой напряжённостью МЭП, достигающей в момент разряда десятка мегавольт на метр. Под действием разряда происходит ионизация МЭП, через который протекает электрический ток, так как образуется канал проводимости цилиндрической формы, заполненный нагретым веществом (плазмой), содержащим ионы и электроны. Сила тока в канале проводимости мгновенно возрастает. На границе канала – поверхности заготовки - образуется лунка, форма которой близка к сферической.
Вторая стадия заключается в образовании около канала проводимости газового пузыря из паров диэлектрической жидкости и обрабатываемого материала заготовки. Канал проводимости и газовый пузырь расширяются в перпендикулярном к каналу проводимости направлении.
На третьей стадии ток через канал проводимости прекращается, газовый пузырь расширяется, в МЭПе образуется жидкий металл, внутри газового пузыря имеются пары металлов заготовки и электрода. Когда газовый пузырь достигает предельного размера, давление внутри его падает. Содержащийся в лунке расплавленный металл вскипает и выбрасывается в МЭП. После разряда в течение некоторого времени происходит остывание в канале проводимости и деионизация вещества плазмы в МЭПе. Электрическая проводимость МЭПа восстанавливается. Следующий разряд наступает в другом месте, где расстояние между катодами минимально.
Все технологические показатели процесса определяются количеством металла, расплавленного за один импульс – разряд, зависящего от энергии импульса, времени его действия и частоты импульсов.
Производительность определяется электроэрозионной обрабатываемостью материала заготовки; мощностью, реализуемой в межэлектродном промежутке; свойствами рабочей среды.
Производительность измеряется объемом металла заготовки, удаляемого с нее в единицу времени. Электроэрозионная обрабатываемость определяется природой материала заготовки и его теплофизическими характеристиками: температурой плавления, теплоемкостью и теплопроводностью. С уменьшением температуры плавления и увеличением теплопроводности обрабатываемость возрастает. Ей можно дать только относительную оценку. Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то для вольфрама она составит 0,3; для вольфрамовых твердых сплавов - 0,5; для титановых сплавов - 0,6; никеля - 0,8; меди - 1,1; латуни - 1,6; алюминиевых сплавов - 4; магниевых сплавов - 6.
С увеличением продолжительности и мощности разрядов производительность П возрастает, что может быть выражено следующей зависимостью: П = К АИ /(qτ),
где К - коэффициент, зависящий от вида и состояния рабочей среды, материалов электродов, характеристик разрядов и импульса; АИ - энергия импульса; q - скважность - отношение времени между двумя импульсами Т к времени самого импульса τ.
С увеличением вязкости рабочей среды ухудшаются условия эвакуации продуктов эрозии из МЭП и снижается производительность.
Шероховатость обработанной поверхности зависит от размера лунки, обработанной одним импульсом. Чем больше размеры лунки DЛ и НЛ (см. рис.11.3), тем больше шероховатость. Размеры лунки (диаметр и глубина) определяются энергией одного импульса. Поэтому черновую обработку ведут при малой частоте и большой энергии импульса, а чистовую - при большой частоте и малой энергии импульса. В табл.11.2 приведены некоторые характеристики ЭЭО: высота неровности RZ, энергия импульса АИ, время одного импульса τ, производительность П.
Таблица 11.2.
Режим |
τ, мкс |
АИ, Дж |
RZ, мкм |
П, мм3/мин |
Черновой |
100…1000 |
1…5 |
50…1000 |
100…30000 |
Чистовой |
200…500 |
0,2…0,5 |
5…25 |
30…200 |
Отделочный |
10…20 |
0,05…0,1 |
1…3 |
5…20 |
Точность обработки снижается с увеличением поперечных размеров электродов. Так, при диаметре электрода-инструмента 25 мм погрешность обработки составляет примерно 0,05 мм, при диаметре 100 мм - 0,08 мм.
Свойства поверхностного слоя определяются следующими процессами, сопровождающими ЭЭО. Поверхностный слой подвергается локальному кратковременному нагреву до температуры 5000...10000°С с большим градиентом температуры. При этом большая часть расплавленного металла удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке. При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка (см. рис.11.3), отличающаяся свойствами от основного металла и обладающая высокой твердостью: поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с продуктами разложения рабочей жидкости и насыщается содержащимися в ней компонентами. При электроэрозионной обработке стальных деталей в среде масла или керосина поверхностный слой насыщается углеродом - образуются карбиды железа. При этом тепловая ситуация обуславливает закалку поверхностного слоя с образованием очень твердого и хрупкого поверхностного слоя. Большие градиенты температуры в лунке и хрупкость поверхностного слоя приводят к образованию поверхностных микротрещин, снижающих его эксплуатационные свойства. В поверхностном слое, как правило, наводятся остаточные напряжения растяжения. Поэтому поверхностный слой следует считать дефектным и в необходимых случаях его следует удалять последующей обработкой. Уменьшить его толщину до сотых долей миллиметра можно путем применения надлежащих режимов ЭЭО.