33. Износ режущих инструментов. Влияние сож на процесс резания

Параметры износа и стойкости режущего инструмента характеризуют степень допустимого износа инструмента и время его работы до замены или переточки. Они относятся к основным технологическим параметрам процесса резания. 

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) оказывает благоприятное действие на процесс резания металлов, значительно уменьшает износ режущего инструмента, повышает качество обработанной поверхности и снижает затраты энергии.

Применение СОЖ препятствует образованию нароста у режущей кромки инструмента и способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резания.

При обработке чугуна и других хрупких материалов СОЖ не применяют, так как эффект ее действия незначителен.

При работе твердосплавным инструментом на высоких скоростях в зону резания необходимо подавать обильную и непрерывную струю жидкости. При прерывистом охлаждении может произойти образование трещин в пластинах твердого сплава и инструмент быстро выйдет из строя.

Для каждого обрабатываемого металла и даже вида обработки применяется наиболее оптимальная СОЖ. Наибольшую эффективность смазочно-охлаждающие жидкости обеспечивают при резании вязких, высокопластичных и сильно упрочняющихся при деформации металлов. С увеличением толщины среза и скорости резания эффект облегчения стружкообразования от применения СОЖ уменьшается.

34. Силы резания, крутящий момент и мощность при сверлении

Увеличение затрат энергии на де­формации и трение приводит к увеличению силы резания (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Силы резания при сверлении:

P_п.к.— осевая сила на поперечной кромке; Р_хл, Р_zл — силы трения на ленточке; Р_xР_у, P_z— составляющие силы резания

Равнодействующую силы резания, приложенную к точке О режу­щей кромки, можно разложить на три составляющие: Р_х, Р_у и Р_z. Составляющая Р_х направлена вдоль оси сверла, в том же направ­лении действуют сила сопротивления деформациям на попереч­ной кромке Р_п.к.и силы трения ленточек об обработанную поверхность Р_хл. Сумма сил Р₀ = 2Р_х + 2Р_хл+ Р_п.к.называется осевой силой резания. Радиальные силы резания при идеальной заточке сверла

уравновешивают друг друга: ∑P_y= 0. Пары сил Р_zи Р_zл создают крутящий момент М:

М = М(Р_z) ₊М(Р_zл).

В расчетах для определения осевой силы и крутящего момента используются эмпирические формулы:

P₀=C_PD^XрS₀^YpK_P;             (7.1)

M=C_MD^XMS₀^YMK_M,            (7.2)    

где D— диаметр обрабатываемого отверстия, мм; S₀— подача, мм/об; С_Ри С_м — постоянные коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал и условия резания; Х_Р, Y_P, Х_м, Y_M— показатели степеней; К_Ри К_м — поправочные коэффициенты на изменение условий резания.

Крутящий момент М_кр, Н·м и осевую силу Р_о, Н при сверлении находим по формулам:

,

,

35 Строгальные, долбежные и протяжные станки и работа на них

Строгание металла – это процесс снятия поверхностного слоя обрабатываемой поверхности с целью придания необходимой ему формы и размера.

Строгальный станок по металлу – это металлорежущий станок, предназначенный для обработки плоских деталей или фасонных поверхностей. Движения, совершаемые станком, могут быть поступательно-возвратные и прямолинейные. Они будут зависеть от площади поверхности, которая подвергается обработке, и от технических характеристик станка.

Строгальные станки по металлу представляют собой группу оборудования. В ее состав входят следующие станки:

- долбежные,

- протяжные,

- продольно-строгальные,

- поперечно-строгальные,

- фасонно-строгальные.

Группа долбежных и протяжных станков единственная, в которой главное движение является прямолинейным. На долбежных станках обработка ведется резцами, на протяжных — протяжками. Главное движение долбежных станков – всегда вертикальное, а протяжных – либо горизонтальное, либо вертикальное. Движение подачи в долбежных станках совершает обрабатываемая заготовка или резец, причем подача осуществляется периодически в конце холостого хода. При протягивании подача обеспечивается конструкцией самой протяжки, каждый последующий зуб которой выступает над предыдущим на величину подачи, так что движения подачи на протяжных станках нет.

 

шлицевые и круглые протяжки

 

Долбление - способ резания резцами на долбежных станках, позволяющие получить плоские поверхности изделий 9...12 квалитета с шероховатостью R_a = 0,8...10 мкм.

 Протягивание - способ резания протяжками на протяжных станках, обеспечивающий получение наружных и внутренних фасонных поверхностей изделий 7...8 квалитета с шероховатостью R_a = 0,2 ... 2,5 мкм.

 Протягивание применяется в крупносерийном и массовом производстве металлоизделий, и редко в мелкосерийном и единичном. Протяжки различных конструкций — наружные, внутренние, и дорны, являются одними из наиболее дорогих инструментов для выполнения металлообработки. Подчас каждая протяжка при своем изготовлении требует наивысшей точности и правильного расчета.

Это обусловлено тем, что инструмент при протягивании работает в наиболее тяжёлых и суровых условиях огромных нагрузок (растяжение, сжатие, изгиб, абразивное и адгезионное выкрашивание лезвий протяжки). Протягиванию предшествуют подготовительные операции металлообработки, такие как сверление, зенкерование, развертывание, вырубка (т. е. для проведения протягивания требуется достаточно точно обработанная поверхность заготовки).

 В мелкосерийном и единичном производстве (обработка шлицевых и шпоночных канавок в отверстиях шкивов, втулок, шестерен, и др.) как альтернативу протягиванию, применяют долбление.

Долбежные станки. Для обработки канавок, плоских и фасонных поверхностей заготовок небольшой высоты при больших поперечных размерах применяют долбежные станки. На рис. 5, а приведена схема работы долбежного станка. Стрелками показаны движения резца и заготовки.

Ползун (долбяк) долбежного станка совершает главное прямолинейное возвратно-поступательное движение по направляющим станины. В нижней части ползуна имеется резцедержатель для крепления резца. Заготовку устанавливают на столе, имеющем продольное, поперечное и круговое перемещения. Привод ползунов долбежных станков осуществляется чаще всего кривошипно-кулисным, а также кривошипно-шатунным или гидравлическим механизмом, привод подачи — храповым механизмом.

Долбежные станки выпускаются с наибольшим ходом ползуна от 160 до 1000 мм.

Рис. 5. Схема долбления (а) и долбежный станок (б)

Протяжные станки. Протяжные станки по конструктивному признаку разделяются на горизонтальные и вертикальные; по технологическому — на станки для внутреннего протягивания и станки для наружного протягивания (иногда наружное и внутреннее протягивание выполняют на одном станке).

Рис. 6. Схема горизонтально-протяжного станка для внутреннего протягивания

Протяжные станки отличаются сравнительно простым устройством. На рис. 6 приведен горизонтально-протяжный станок для внутреннего протягивания. По направляющим станины с помощью гидравлического привода перемещается ползун, на конце которого имеется приспособление для закрепления протяжки.

При работе длинными протяжками второй конец их поддерживается подвижным люнетом. Обрабатываемая заготовка устанавливается в устройстве.

Кроме того, долбежные станки различают и в зависимости от режущего инструмента. При этом различают три вида станков:

1. долбежно-сверлильный станок (в качестве режущего инструмента выступает долото, внутри которого вращается сверло);

2. резце-долбежный станок (в качестве режущего инструмента находятся плоские резцы);

3. цепно-долбежный станок (в качестве режущего инструмента – фрезерные цепочки различных размеров).

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ 

-  состоят из тонкоизмельченных карбидов тугоплавких металлов (вольфрам, титан, тан­тал), соединенных цементирующим металлом — кобальтом. Бла­годаря наличию карбидов тугоплавких металлов сплавы имеют высокую температуростойкость, твердость и износостойкость, поэтому допускается скорость резания 100... 150 м/мин.

Существует четыре вида твердых сплавов: вольфрамовые, вольфрамотитановые, вольфрамотитанотанталовые и безвольфра­мовые.

В группу вольфрамовых твердых сплавов входят ВКЗ; ВКЗМ; ВК4; ВК60М; ВК6М; ВК8; ВК10ОМ; ВК10М; ВК15 (В - карбид вольфрама, К — кобальт, число после К — процентное содержа­ние кобальта, остальное — карбиды вольфрама, М — мелкозер­нистый, ОМ — особо мелкозернистый). По сравнению с другими вольфрамсодержащими твердыми сплавами они характеризуются наибольшими пределом прочности на изгиб и вязкостью, но наи­меньшими температуростойкостью и твердостью (HRA 90). При этом, с увеличением содержания кобальта повышается предел прочности на изгиб, но уменьшается твердость. С уменьшением размера зерен карбидов повышаются режущие свойства сплавов, что особенно заметно при резании труднообрабатываемых материалов; поэтому вольфрамовые твердые сплавы рекомендуются для обработки чу­гуна, цветных сплавов и труднообрабатываемых материалов с не­большими скоростями резания.

В группу вольфрамотитановых твердых сплавов входят Т30К4; TI5K6; Т14К8; Т5К10; Т5К12 (Т -карбид титана, число после Т - процентное содержание карбида титана, К — кобальт, число после К — процентное содержание кобальта, остальное — карбиды вольфрама). Сплавы характеризуются наибольшими твердостью (HRA 92), температуростойкостью (до 900⁰С) и износостойкостью, но менее прочны, чем сплавы группы ВК, поэтому они рекомендуются для обра­ботки сталей (сплавы с большим содержанием титана рекоменду­ется для чистовой и получистовой обработки на больших скоро­стях, а сплавы с меньшим содержанием титана — для получистовой и черновой обработки и для фрезерования).

В группу вольфрамотитанотанталовых твердых сплавов входят ТТ7К12; ТТ8К6; ТТ30К4; ТТ20К9 (ТТ - карбиды титана и тантала, число после ТТ — суммарное процентное содержание карбидов тана и тантала, К — кобальт, число после К — процентное содержание кобальта, остальное — карбиды вольфрама.). Сплавы по своим показателям занимают промежуточное место между спла­вами групп ВК и ТК, поэтому они очень эффективны при черно вой обработке сталей и чугунов, при строгании и фрезеровании.

В группу безвольфрамовых твердых сплавов входят КНТ-16 и ТН-20 (Т — карбид титана, Н — никель, КН — карбонитрид титана, число — суммарное процентное содержание никеля и молибдена, остальное — карбид титана или карбонитрид титана). Сплавы рекомендуются для получистового и чистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных сплавов.

Минералокерамика — инструментальный материал на основе оксида алюминия (Аl₂0₃), обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью (HRA 92) и температуростойкостью (1200⁰C),  но меньшей удар­ной вязкостью, поэтому их используют только для чистовой об­точки и расточки деталей из высокопрочных чугунов, закаленных сталей и для резания неметаллических материалов со скоростями до 200 м/мин. Различают оксидную (белую), оксидно-карбидную, оксидно-нитридную керамику и керметы.

Оксидная керамика полностью состоит из оксида алюминия (марки: В013; ВШ-75). Ее рекомендуют для чистового и получис­тового точения нетермообработанных сталей, серых и ковких чу­гунов твердостью менее 400 НВ. Оксидно-карбидная керамика, кроме оксида алюминия, имеет в своем составе легирующие до­бавки карбидов хрома, титана, вольфрама и молибдена (марки: ВЗ; ВОК60; ВОК63). Ее рекомендуют для чистового и получисто­вого точения и фрезерования закаленных сталей, отбеленных и серых чугунов, нержавеющих сталей. Оксидно-нитридная керами­ка состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов, вклю­чая и оксид алюминия (марки: силинит-Р; ОНТ-20); керамика позволяет заменить вольфрамсодержащие твердые сплавы при по­лучистовом и чистовом точении различных материалов. При точении закаленных сталей качество обработки соизмеримо с шлифо­ванием. Керметы состоят из оксида алюминия, химически связан­ного металлами (железо, никель, титан, цирконий, хром или молибден); марки: ВЗ; В4. Керметы рекомендуются для получисто­вого и чистового точения хромникельмолибденовых сталей твер­достью 50...55 HRC со скоростью резания до...200 м/мин.

Сверхтвердые материалы, применяемые при резании металлов, — синтетические алмазы и материалы на основе кубическо­го нитрида бора (композиты).

Алмаз обладает наибольшей из всех известных материалов твер­достью, малыми коэффициентами линейного расширения и тре­ния, но весьма малы прочность на изгиб и ударная вязкость. При температуре 750 °С алмаз растворяется в железе, что препятствует его применению при обработке сплавов, содержащих железо. Балласы (АБС) применяются для обработки деталей из стеклопластика со скоростями резания 350...450 м/мин. Карбонадо (АСПК) применяется для обработки алюминиевых и медных сплавов.

Композиты — синтетический материал, по твердости не усту­пающий алмазу, превосходящий его по температуростойкости и инертный к железу.

Выпускаются следующие марки: композит 01 (эльбор-Р), композит 02 (белбор), композит 05 и 5И (исмит), композит 09 (ПТНБ-ИК), композит 10 (гексагонит-р). Основная область приме­нения композитов 01 и 02 — чистовое и тонкое, «алмазное», точе­ние. Обрабатывают закаленные стали (при твердости 40...60 HRC скорость резания 50... 160 м/мин, при 60...70 HRC скорость реза­ния 60... 120 м/мин), серые и высокопрочные чугуны со скоростью 400... 1200 м/мин, отбеленные чугуны со скоростью 100...200 м/мин, твердые сплавы группы ВК со скоростью 8... 12 м/мин. Компози­ты 09 и 10 рекомендованы для чистового и тонкого фрезерования. Обрабатываемые материалы и скорости резания такие же, как и при обработке композитами 01 и 02. Композит 05 спекается из порошков кубического нитрида бора и оксида алюминия, по своим свойствам является удачным компромиссом между композитами 01 и 10. Рекомендации по обработке аналогичны композиту 10, но возможна подача до 0,3 мм/об, глубина резания 0,2...2,0 мм. Стойкость инструмента, оснащенного композитами, находится в пределах 45... 75 мин. Она может быть повышена на 30 % при охлаждении инструмента сжатым воздухом и на 50 % при охлаж­дении 2,5 %-ной эмульсией