САНК-ПЕТРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ

МЕТАЛЛУРГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТРАНСПОРТА

Кафедра "ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ"

БИТЮКОВ Р.Н.

ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМОБРАЗОВАНИЯ

опорный конспект лекций для самостоятельной работы студентов

очной, очно-заочной и заочной формы обучения направления 151900.62

Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

по дисциплине

"ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМОБРАЗОВАНИЯ"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2015

САНК-ПЕТРБУРГСКИЙ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 1

ИНСТИТУТ 1

МЕТАЛЛУРГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТРАНСПОРТА 1

Кафедра "ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 1

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ" 1

БИТЮКОВ Р.Н. 1

ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМОБРАЗОВАНИЯ 1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1

2015 1

ВВЕДЕНИЕ 5

1. КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ 7

1.1. Основные методы формообразования 7

1.2. Основные поверхности токарного резца и его геометрические параметры 10

1.3. Предпосылки выбора оптимальной геометрии инструмента 18

1.3.1 Назначение и выбор переднего угла 18

1.3.2. Назначение и выбор заднего угла 19

1.3.3. Выбор угла наклона главной режущей кромки 20

1.3.4 Выбор главного и вспомогательного углов в плане 21

1.3.5. Выбор радиуса при вершине резца 22

1.4. Основные движения при резании 22

Вопросы для самопроверки: 25

2. СХЕМЫ РЕЗАНИЯ. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ. ГЕОМЕТРИЯ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ 26

2.1. Классификация способов обработки резанием 26

2.2 Классификация схем резания 28

2.3. Параметры режима резания. 30

2.4 Параметры сечения срезаемого слоя 32

2.5. Порядок выбора и расчета параметров режима резания (на примере точения) 35

Вопросы для самопроверки: 38

3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 39

3.1. Основные свойства инструментальных материалов 39

3.2. Виды инструментальных материалов и их классификация и область применения 40

3.2.1. Углеродистые и легированные инструментальные стали 40

3.2.2. Легированные инструментальные стали 40

3.2.3. Быстрорежущие инструментальные стали 41

3.2.4. Твердые сплавы 44

3.2.5. Минералокерамика 56

3.2.6. Сверхтвердые инструментальные материалы (СТМ) 58

3.2.7. Монокристаллические материалы 64

3.2.8. Абразивные материалы 64

К абразивным материалам предъявляются следующие требования: высокая твердость и износостойкость, высокая теплостойкость, способность при дроблении образовывать острые кромки. 64

Вопросы для самопроверки: 66

4. ДИНАМИКА РЕЗАНИЯ 68

4.1. Схематизация процесса стружкообразования 68

3.2. Кинематические соотношения 70

4.3. Степень деформации при простом сдвиге 71

4.4. Определение степени деформации при резании 73

4.5. Нарост при резании 74

4.6 Силы резания. Технологические составляющие силы резания 78

4.7. Эмпирические формулы для расчета технологических составляющих силы резания. 80

4.8 Влияние глубины резания и подачи на составляющие силы резания 81

4.9 Физические составляющие силы резания 82

4.9. Работа резания 83

4.10 Вибрации при резании 84

Вопросы для самопроверки: 87

5. ТЕРМОДИНАМИКА РЕЗАНИЯ 88

5.1. Источники и распределение теплоты в зоне резания 88

5.2 Методы измерения температуры в зоне резания 91

Бесконтактный метод. Для измерения температуры применяются специальные приборы – пирометры, которые регистрируют тепловое излучение, исходящее от нагретого тела (рис.4.9). 95

5.4 Влияние различных факторов на температуру в зоне резания 96

Вопросы для самопроверки: 99

6. ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 100

6.1 Виды износа режущего инструмента 100

6.2 Развитие очагов износа на контактных площадках режущего инструмента 106

6.3 Критерии износа режущего инструмента 109

6.4 Влияние различных факторов на износ и стойкость режущего инструмента 111

6.5 Скорость резания, допускаемая режущими свойствами режущего инструмента 113

6.7 Стойкость режущего инструмента 115

6.18. Зависимость стойкости инструмента от параметров режима резания 116

Вопросы для самопроверки: 120

7. КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЯ 122

Вопросы для самопроверки: 129

8. НАДЕЖНОСТЬ РЕЗАНИЯ 130

8.1 Диагностика как средство повышения надежности 132

8.2 Проблема надежности режущего инструмента в условиях автоматизированного производства 133

8.3 Классификация методов контроля состояния режущего инструмента 136

Вопросы для самопроверки: 148

9. УПРАВЛЕНИЕ РЕЗАНИЕМ 149

9.1 Задачи и особенности управления процессом резания 149

9.2 Физические предпосылки управления процессом резания. Структурная модель процесса резания 150

Вопросы для самопроверки: 163

10. РОЛЬ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ 164

10.1. Действия внешних сред в зоне резания 164

10.2. Проникновение внешней среды на поверхности контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом 166

10.3. Способы и техника применения технологических сред при резании металлов 169

10.4. Способы активации СОЖ. 170

10.5. Нетрадиционные способы подачи СОЖ в зону резания и новые технологические среды 172

11. ВИДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ 177

11.1. Точение 178

11.2 Сверление, зенкерование, развертывание 181

11.3 Фрезерование 185

11.4. Протягивание 191

11.5. Нарезание резьбы 197

11.6. Шлифование 202

11.6.1 Особенности процесса резания при шлифовании 202

11.6.2. Работа единичного зерна 204

11.6.3. Абразивные инструменты и их маркировка 206

11.6.4. Плоское и круглое шлифование 208

Литература 212

Введение

В современном машиностроении основным технологическим процессом, обеспечивающим изготовление деталей заданной точности (формы, размеров, взаимного положения поверхно­стей) и состояния поверхностного слоя, является обработка реза­нием со снятием стружки (механическая обработка), включаю­щая в себя обработку лезвийным и абразивным инструментами. Несмотря на совершенствование методов получения заготовок, их удешевление, снижение припусков, развитие электрофизиче­ских, электрохимических и других методов обработки, относи­тельный объем механической обработки за последние годы не уменьшается. Это объясняется двумя главными причинами:

1. в связи с непрерывным повышением требований к качест­ву машин увеличивается объем чистовых и финишных процес­сов обработки;

2. частая смена объектов производства снижает количество изготавливаемых деталей в партии (серийность производства), требует более быстрой технологической подготовки производ­ства.

Механическая обработка в таких условиях является наиболее мобильной, гибкой и экономически целесообразной. Она ведет­ся в основном на дорогом автоматизированном оборудовании и комплексах с микропроцессорным управлением. Стоимость од­ного станко-часа работы такого оборудования очень большая. Поэтому разработка рациональных технологических процессов изготовления деталей на таком оборудовании, выбор инструмен­тальных материалов, конструкции инструментов и режимов ре­зания требует особого подхода.

Изготовление деталей резанием является одним из наиболее старых технологических процессов, который применялся для окончательной обработки литых и кованых заготовок, а еще рань­ше — для обработки каменных, бронзовых и железных орудий труда и охоты. Например, для получения отверстий использова­лись как сплошные, так и трубчатые сверла, которые вращались с деталей требуемого качества экономичными методами механиче­ской обработки.

Большое многообразие обрабатываемых материалов и видов заготовок, методов механической обработки, инструментальных материалов и конструкций инструментов, их геометрических па­раметров, смазывающих и охлаждающих технологических сред, широкие диапазоны изменения режимов резания обуславливают неограниченное количество вариантов обработки. В учебном по­собии изложены наиболее общие, принципиальные положения теории и практики формообразования деталей методами механи­ческой обработки и инструменты для осуществления широко ис­пользуемых в производстве методов.

1. Кинематика резания

Главная задача, решаемая при разработке технологического процесса изготовления детали, заключается в обеспечении задан­ного качества детали. Основными показателями качества детали являются точность формы, размеров и взаимного положения по­верхностей, а также свойства ее основного материала и поверх­ностного слоя (шероховатость, фазовый, структурный и химиче­ский состав, степень и глубина упрочнения или разупрочнения, остаточные напряжения и др.). На каждый из показателей каче­ства устанавливаются определенные допуски, в пределах которых они должны находиться. Деталь, показатели качества которой выходят за пределы допусков, считается некачественной (бра­ком). Кроме необходимости обеспечения заданного качества де­тали технологический процесс ее изготовления должен быть эко­номичным, т. е. требовать наименьших затрат живого, овеществленного труда, материальных и энергетических ресурсов, а также быть безопасным и экологически чистым (в пределах установ­ленных норм).