Резание материалов

1. Назовите структуру системы инструментообеспечения.

Ответ: Заводской уровень: инструментальный цех; центральный инструментальный склад; общезаводские службы обеспечения инструментом и оснасткой. Цеховой уровень: секция сборки и настройки инструмента; инструментально-раздаточная кладовая; секция обслуживания инструментом рабочих мест; отделение по восстановлению инструмента, отделение ремонта оснастки.

2. Определите основное время T_о отрезания заготовки токарным резцом из твердого сплава Т5К10. Наружный диаметр заготовки D=100 мм, внутренний диаметр d=25 мм. Частота вращения n=400 об/мин, подача S=0,175 мм/об.

Ответ: Основное время определяется в соответствии с соотношением

,где: L длина рабочего хода резца

мм,n – частота вращения шпинделя об/мин,s – подача мм/об. Таким образом:Т₀ = .

3. Какие инструменты следует применять при массовом производстве болтов

Ответ: При массовом производстве болтов следует применять резьбонакатные инструменты: плашки или ролики. Угол подъема резьбы и шаг на инструменте должны быть равны соответствующим параметрам накатываемой резьбы. Так как накатанные ролики делают большего диаметра по сравнению с диаметром накатываемой резьбы, то резьба на роликах делается многозаходной, причем число заходов равно отношению размеров средних диаметров ролика и изделия.

4. Влияние температуры на износ инструмента.

Ответ: 1. Температурные поля в режущей части инструмента определяют расположение превалирующих очагов износа. При малых подачах максимальная температура в вершине режущего клина - превалирующий износ на задней поверхности; при больших подачах максимальная температура на площадке контакта передней поверхности - превалирующий износ на передней поверхности.2. С ростом температуры могут изменяться основные свойства инструментального материала, в частности падает твердость - повышается интенсивность изнашивания инструмента3. Температура оказывает влияние на изменение природы изнашивания - абразивный износ, адгезионный и диффузионный.

5. В каких случаях применяются затылованные фрезы и почему. Приведите формулу для расчета.

Ответ: . Фрезы изнашиваются по задней поверхности и заточку их целесообразно проводить по этой поверхности. Но если профиль фрезы фасонный, например, у червячных зуборезных или шлицевых фрез, то при заточке по задней поверхности нужно вновь шлифовать профиль фрезы, что экономически не оправдано. Поэтому подобные фрезы делают затылованными и заточку их производят по передней поверхности. Величина затылования К определяется по формуле: К = (d/z)tg. На практике применяются три способа затылования: радиальное, при котором затыловочный резец перемещается пер­пендикулярно оси фрезы; угловое, при ко­тором резец перемещается под некоторым углом к оси фрезы; осевое, при котором резец перемещается параллельно оси фре­зы. Наибольшее применение имеют ра­диальное и угловое затылование.

где z - число зубьев,

d - диаметр фрезы,

- величина заднего угла.

Схема радиального затылования зуба фрезы: 1- затыловочный резец; 2- кулачок; 3 - зуб фрезы

6. Шлифовальные круги. Выбор характеристик шлифовальных кругов в зависимости от усилий обработки.

Ответ: Шлифовальный круг представляет собой набор дисперсных абразивных частиц, скрепленных между собой содержащей поры связкой. К характеристике шлифовального круга относятся: форма и размер круга, материал абразива и его зернистость, материал связки, а также твердость круга и его структура. Форма круга выбирается в зависимости от формы и размера изделия и вида шлифовки. Размеры круга - от модели станка и размеров изделий. Материал абразива - от обрабатываемого материала. Зернистость абразива - от требуемой шероховатости и вида шлифования. Материал связки - от марки абразива и вида шлифования. Твердость круга - от твердости обрабатываемого материала, требуемой шероховатости и вида шлифования. Структура круга - от прочности материала, требуемой шероховатости и вида шлифования.

7. Какие инструменты следует выбрать для нарезания шлицев в шлицевом отверстии. Какие параметры инструмента рассчитываются. Приведите эскиз одного из них.

Ответ: Для обработки шлицевых отверстий применяются шлицевые протяжки обычно комбинированные, обрабатывающие отверстие, фаски и шлицы. Рассчитываются стружечные канавки на размещение стружки, делается расчет на прочность в опасном сечении (по хвостовику или впадине первого зуба) и определяется продольная длина.

8. Смазочно-охлаждающие среды и их влияние на износ инструмента. Методы повышения эффективности СОС.

Ответ: Подача смазочно-охлаждающей среды в зону резания уменьшает износ инструмента благодаря:- охлаждению инструмента и соответствующего увеличения его сопротивления изнашиванию;- уменьшению трения при введении в состав СОС смазок. Эффективность СОС повышается:- при введении в их состав поверхностно-активных веществ, способствующих адсорбционному понижению прочности (эффект Ребиндера);- при подаче СОС через режущий инструмент.

9. Перечислите элементы режимов резания при сверлении. Назовите порядок их определения.

Ответ: Элементами режима резания при сверлении являются подача и частота вращения. Рассчитывают подачу по прочности стержня и кромок сверла; по точности отверстия и прочности механизма подачи станка. В качестве расчетной принимают наименьшую. Сравнивают с подачей по паспорту станка. Если 1,1[S]S_p, то S=S_p+1. если 1,1[S]<S_p+1, то S=S_p,. где [S] – расчетная подача. S_p+1 и S_p – ближайшая большая и меньшая подача. Определяют скорость резания допускаемую сверлом

,где D – диаметр сверла, T – период стойкости сверла, S – подача. Затем находят расчетную частоту вращения

и сравнивают с имеющейся на станке n_K и n_K+1.Определяют (S_M)_K и (S_M)_K+1 - минутную подачу при работе с ближайшей меньшей и ближайшей большей частотами вращения. Принимают вариант при котором минутная подача больше.

10. Определите крутящий момент при сверлении отверстия Ø20 мм в заготовке из углеродистой стали σ_в=750 при S=0,4 об/мин.

Ответ: Для определения крутящего момента М_кр используется эмпирическая формула

,где - коэффициент характеризующий материал и условия его обработки; D-диаметр сверла, мм;S- подача в мм/об;z_M, y_M – показатели степени, значения их принимают по справочным таблицам;К_М – общий поправочный коэффициент на измененные условия обработки. Принимая =0,0345, z_M =2, y_M =0,8, К_М=1, получаемМ = 0,034520²0,4^0,81= 6,63 кгс^.мм=0,065 Н^.м.

11. Укажите причины широкого распространения в машиностроении резцов, оснащенных многогранными пластинами. Приведите эскизы крепления на резцах многогранных пластин с отверстиями и без них.

Ответ: Автоматизация производства в машиностроении предъявляет к инструменту повышенные требования к его надежности, к экономичности и ломанию стружки. Многогранные пластины крепятся к державке механически. В них нет внутренних напряжений, возникающих после пайки, поэтому и надежность резцов увеличивается. В одной державке можно использовать 100-150 пластин, т.е., обеспечивается снижение расхода конструкционной стали. После использования пластин они поступают на переработку для извлечения вольфрама и кобальта. Пластина с отверстиями крепится качающимися элементами (рычаг, штифт), а без отверстия - прихватом.

12. Высокопроизводительное шлифование. Область использования алмазных и эльборовых шлифовальных кругов.

Ответ: Алмазное и эльборовое шлифование позволяет значительно увеличить производительность обработки благодаря высокой абразивной способности алмаза и эльбора. Шлифовальные круги из алмазов применяются для заточки и доводки твердосплавного инструмента, шлифования изделий из твердых сплавов, камня, бетона и композиционных материалов. Шлифовальные круги из эльбора применяются для шлифования ферритов, литых магнитов, заточки и доводки инструмента из быстрорежущей стали, а также шлифования закаленных шарикоподшипниковых сталей и других.

13. Дайте определение обрабатываемости материалов резанием и ее основные характеристики.

Ответ: Обрабатываемость резанием является одной из важнейших технологических характеристик конструкционных материалов; под ней понимают способность материалов подвергаться резанию по ряду технологических показателей - допускаемой скорости резания, шероховатости обработанной поверхности, типу образующейся стружки. В зависимости от вида и характера обработки определяющими становятся те или другие технологические показатели, однако, поскольку производительность и себестоимость обработки зависят, главным образом, от допускаемой скорости резания, последняя принимается за основную характеристику обрабатываемости. Количественно обрабатываемость оценивают коэффициентом обрабатываемости К_о, представляющим собой отношение скорости резания, допускаемой при резании данного материала, к скорости резания, допускаемой материалом, принятым за эталон. ,где V_ТА - допускаемая скорость резания для материала А при стойкости Т мин, V_ТВ - аналогично для эталонного материала Б (обычно Т=60 мин) Если К₀>1, то данный материал (А) обрабатывается лучше, чем эталонный (Б), если К₀<1 - то хуже. В машиностроении за эталонную принята обрабатываемость углеродистых конструкционных сталей (сталь 45) коэффициент К₀ учитывается при определении скорости V резания.

14. Сила резания при точении и использование ее составляющих P_x, P_y, P_z при расчете узлов станка, инструмента. Формулы расчета сил резания.

Ответ: Силу резания при точении раскладывают на 3 составляющие: P_z - направленную по касательной к траектории движения резания; P_y - направленную по нормали к траектории движения резания; P_x - направленную по бинормали к траектории движения резания. По составляющей P_z рассчитывают мощность привода движения резания и прочность резца.По составляющей P_y рассчитывают деформацию изделия. По составляющей P_x рассчитывают привод движения подачи.

где , , - коэффициенты характеризующие металл и условия его обработки; t – глубина резания в мм, s – подача в мм/об, x_z, y_z, x_y, y_y, x_x, y_x – показатели степени при глубине резания и подаче; n, n₁, n₂ – показатели степени при скорости резания, K_z, K_y, K_x – общие поправочные коэффициенты, учитывающие конкретные условия обработки.

15. Перечислите факторы, влияющие на величину допускаемой подачи при сверлении, какой из них может быть определяющим при сверлении отверстия D=8 мм.

Ответ: На величину допускаемой подачи при сверлении влияют: -прочность стержня сверла; -прочность режущих кромок и вместимость стружечных канавок (технологически допустимая подача);-прочность механизма подач станка; -прочность и жесткость заготовки (учитывается крайне редко).При сверлении отверстия диаметром 8мм определяющим фактором будет прочность стержня сверла. Остальные факторы учитывают при сверлении отверстий диаметром свыше 10мм.

16. Геометрия цилиндрической фрезы.

Ответ: Геометрия цилиндрической фрезы характеризуется углами:- передний угол ; - задний угол ; - угол наклона винтового зуба .Угол  обеспечивает получение фрезы с винтовым зубом, а винтовые фрезы применяются для обеспечения равномерности фрезерования. Все геометрические параметры должны иметь оптимальные для данных условий значения, обеспечивающие наибольшую стойкость.

17. Геометрия отрезного резца. Выбор заднего угла α с целью получения максимальной стойкости резца и прочности режущего клина.

Ответ: К геометрии отрезного резца относится:- передний угол γ;- главный задний угол α;- вспомогательный задний угол α₁;- главный угол в плане φ;- вспомогательный угол в плане φ_1.С увеличением заднего угла стойкость сначала увеличивается, так как уменьшается износ, а затем уменьшается, так как увеличивается напряжение в инструменте и уменьшается его сопротивление изнашиванию. Выбирается оптимальный задний угол α_оп, т.е. угол α, при котором стойкость будет максимальной.

18. Геометрия проходного резца. Выбор углов в плане φ и φ₁ с целью обеспечения необходимой шероховатости обрабатываемой поверхности.

Ответ: Геометрия проходного резца характеризуется углами:- передний угол  : положительный передний угол создается для облегчения процесса стружкообразования.- главный задний угол  - создается для снижения трения на задней поверхности;- вспомогательный задний угол ₁ ;- угол наклона главной режущей кромки ;- углы в плане  и ₁; влияют на интенсивность изнашивания, и стойкость инструмента, точность обработки и шероховатость обработанной поверхности, т.к. высота неровностей зависит от  и ₁.h = S/(ctg + ctg ₁)Из формулы следуют рекомендации по назначению  в связи с шероховатостью обрабатываемой детали.

19. Какой инструментальный материал следует применять при точении закаленных сталей твердостью HRC 60...62. Приведите конструкцию резца и укажите режимы резания.

Ответ: При обработке закаленной стали следует применять композиционные инструментальные материалы на базе нитридов бора. Скорость резания при этом должна быть 80-100 м/мин., глубина резания 0,1-0,2 мм. и подача до 0,1 мм/об.

20. Геометрия спирального сверла. Влияние угла наклона винтовой канавки ω на стойкость сверла.

Ответ: К геометрии спирального сверла относятся:- диаметр сверла D;- двойной угол в плане 2;- угол наклона винтовой канавки ;- передний угол ;- задний угол ;- угол наклона поперечной режущей кромки .С увеличением угла наклона винтовой канавки  стойкость сверла сначала увеличивается, затем уменьшается. Угол , при котором стойкость максимальная, называется оптимальным.

21. Что такое экономическая скорость резания и как она определяется. Почему в автоматизированном производстве с повышением быстросменности инструмента целесообразнее уменьшить его экономическую стойкость.

Ответ: Экономическая скорость резания – это скорость, при которой себестоимость операции является минимальной.

Т_эк = где m - показатель стойкости в формуле V = C /T ;П и П - потери времени на установку и наладку инструмента, Е - стоимость минуты работы станка, S - стоимость периода стойкости инструмента. С уменьшением П₁ должна уменьшаться экономическая стойкость, т.е. повышается экономическая скорость резания.

22. Приведите эскиз круглой протяжки с указанием наименования ее частей. Какие параметры протяжки рассчитываются. Можно ли протяжкой, спроектированной для обработки отверстий диаметром 27,5^+0,025 мм, длиной 50 мм обработать отверстие такого же диаметра, но длиной 75 мм. Ответ обоснуйте. Укажите исполнительные размеры калибрующих зубьев указанной протяжки.

Ответ: . Рассчитывают стружечную канавку на размещение стружки, делают расчет на прочность в опасном сечении (по хвостовику или по впадине первого зуба) и определяют предельную длину - не более 40 диаметров. Если протяжка была спроектирована для обработки отверстия длиной 50 мм, то обрабатывать отверстие длиной 75 мм нельзя, потому что не будет обеспечена размещение стружки в канавке. Диаметр калибрующих зубьев - 27,02^-0,01 (0,005 запас на разбивку отверстия, 0,01 - допуск на изготовление калибрующих звеньев).

23. Наростообразование при резании. Влияние нароста на износ инструмента и шероховатость обработанной поверхности.

Ответ: Если при резании, сопровождаемой адгезией, происходит разрушение застойной зоны, то на передней поверхности инструмента периодически образуется нарост из упрочненных частиц материала. Нарост уменьшает деформацию материала при резании, предохраняет переднюю поверхность от изнашивания и ухудшает качество обработанной поверхности, увеличивая ее шероховатость.

24. Определите мощность резания при черновом точении поверхности вала Ø35 мм твердым сплавом Т5К10 при следующих режимах резания: t=2,5 мм, S=0,2 мм/об, V=150 м/мин.

Ответ: Мощность резания определяется как

где - касательная составляющая силы резания, определяемая по формуле

,t- глубина резания; S- подача инструмента, V- скорость резания. Для обработки стали 45 твердосплавным инструментом, входящие в зависимость величины будут равны:С_pz=300; Х_pz=1; Y_pz=0,75; n=0,15; K_pz=1.Остальные поправочные коэффициенты на измененные условия обработки условно приравниваем единице; Тогда будем иметьP_z=300·2,5^1,0·0,2^0,75·150^-0,15·1=105,78 кгс, N_э = 105,78·150/6120=2,59 квт.

25. Для чего правят шлифовальные круги.

Ответ: Для восстановления формы и режущей способности круга.

26. Укажите причины широкого распространения в машиностроении резцов, оснащенных многогранными пластинами. Перечислите варианты крепления многогранных пластин на резцах.

Ответ: Автоматизация производства в машиностроении предъявляет к инструменту повышенные требования к его надежности, экономичности и ломанию стружки. К преимуществам резцов, осна­щенных многогранными пластинами, сле­дует отнести следующие.Повышение прочности лезвия из-за отсутствия внутренних напряжений, возникающих при пайке. Повышение надежности и долговеч­ности, так как опорная поверхность под пластиной в корпусе резца может иметь высокую твердость. Для увеличения долговеч­ности корпуса под режущей пластиной устанавливают опорную твердосплавную пластину, в результате чего в корпусе может быть изношено до 150 пластин. Экономия конструкционной стали вследствие многократного использования корпуса резца. Отсутствие операции затачивания резцов. После изнашивания достаточно либо повернуть пластину, либо заменить ее. Большинство типоразмеров пластин имеют фасонную форму передней поверх­ности, обеспечивающую ломание или за­вивание стружки. Изношенные пластины перерабатыва­ют, извлекая вольфрам и другие дорого­стоящие элементы, которые вновь ис­пользуют для изготовления твердых спла­вов. Пластина с отверстиями крепится качающимся элементом (рычаг, штифт), а без отверстия - прихватом