714

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

3.77 Mб

Скачать

☆

1 / 371 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

В.Ф. Макаров

РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»; «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроитель-

ных производств»

Издательство Пермского государственного технического университета

2009

УДК 621.9. 02. ББК 34.63-5 М55

Рецензенты:

заведующий кафедрой «Технология авиационных двигателей, общего машиностроения и управления качеством»

Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ В.Ф. Безъязычный; директор НИЦ «Новые технологии и инструменты» МГТУ «Станкин», доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ В.К. Старков

Макаров, В.Ф.

М55 Резание материалов: учеб. пособие / В.Ф. Макаров. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 364 с.

ISBN 978-5-398-00139-6

Представлен современный теоретический и практический материал по обработке резанием с применением новых инструментальных материалов и новых конструкций режущих лезвийных и абразивных инструментов. Приведены методики и результаты теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых в области изучения физических явлений процесса резания, его кинематики и динамики, износа и стойкости режущего инструмента, применения связывающе-охлаждающих технологических средств, оптимизации процесса резания, параметров качества поверхностного слоя и обоснованность выбора оптимальных режимов резания различных материалов. Даны примеры высокоэффективных методов обработки резанием на современных станках с числовым программным управлением и обрабатывающих центрах. Показаны тенденции и перспективы дальнейшего развития науки и техники резания материалов.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения», 151002 «Металлорежущие станки и инструменты», направление подготовки дипломированных специалистов 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», и может быть полезно специалистам предприятий и аспирантам.

	УДК 621.9.02
	ББК 34.63-5
ISBN 978-5-398-00139-6	© ГОУ ВПО
	«Пермский государственный
	технический университет», 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...............................................................................................	8
Глава 1. Кинематика процесса резания .............................................	16
1.1. Основы кинематики резания ..................................................	16
1.1.1. Виды движений при резании материалов.....................	16
1.1.2. Поверхности заготовки в процессе резания..................	19
1.1.3. Кинематические схемы резания.....................................	20
1.2. Геометрия режущей части инструмента................................	21
1.2.1. Конструкция, части и поверхности токарного резца...	21
1.2.2. Геометрические параметры резца (углы заточки)........	22
1.2.3. Изменения углов заточки режущих инструментов
при установке и в процессе резания........................................	27
1.2.4. Формы передней поверхности резцов...........................	33
1.3. Классификация видов обработки резанием ..........................	37
1.4. Элементы режима резания и срезаемого слоя......................	41
1.4.1. Элементы режима резания..............................................	41
1.4.2. Элементы срезаемого слоя .............................................	43
Контрольные вопросы и задания .......................................................	52
Глава 2. Динамика процесса резания................................................	53
2.1. Деформация и напряжения в процессе резания....................	53
2.1.1. Физическая сущность процесса резания.......................	53
2.1.2. Методы изучения и оценки пластической
деформации................................................................................	59
2.1.3. Методы моделирования деформаций при изучении
процессов резания .....................................................................	62
2.2. Процесс стружкообразования.................................................	65
2.2.1. Типы стружек при резании пластичных и хрупких
материалов .................................................................................	65
2.2.2. Деформированное состояние зоны
стружкообразования при элементной и сливной стружке....	68
2.2.3. Взаимосвязь явлений стружкообразования
в процессе резания.....................................................................	82
3

2.2.4. Изменение размеров и формы стружки по сравнению
со срезаемым слоем. Понятие об усадке стружки.................	88
2.2.5. Методы завивания и дробления сливной стружки......	94
2.3. Контактные явления, трение и наростообразование
при резании материалов.................................................................	95
2.3.1. Контактные явления и трение на передней и задней
поверхностях инструмента.......................................................	95
2.3.2. Процесс наростообразования.........................................	104
2.3.3. Влияние условий обработки на высоту нароста...........	107
2.3.4. Положительные и отрицательные свойства нароста ...	109
2.3.5. Методы борьбы с наростом............................................	110
2.4. Сила резания, работа и мощность резания............................	111
2.4.1. Система сил, действующих на передней и задней
поверхностях инструмента.......................................................	111
2.4.2. Составляющие силы резания при точении...................	116
2.4.3. Зависимость составляющих силы резания от условий
обработки...................................................................................	119
2.4.4. Влияние геометрических параметров резца
на составляющие силы резания ...............................................	122
2.4.5. Влияние степени затупления резца и смазочно-
охлаждающих жидкостей на составляющие силы резания...	127
2.4.6. Методы определения сил резания .................................	129
2.4.7. Вибрации и шум при обработке резанием....................	135
2.4.8. Эмпирические формулы для расчета
составляющих силы резания....................................................	144
2.4.9. Работа и мощность резания............................................	144
2.5. Контрольные вопросы и задания...........................................	145
Глава 3. Теплофизика процесса резания...........................................	146
3.1. Температура резания и тепловое поле...................................	146
3.1.1. Источники образования тепла и распределение
тепла между стружкой, инструментом и деталью ................	146
3.1.2. Понятие о тепловом поле и температуре резания.......	151
3.1.3. Основные экспериментальные методы изучения
тепловых явлений......................................................................	155
3.1.4. Зависимость температуры резания от условий
обработки...................................................................................	163
4

3.1.5. Эмпирическая формула для расчета температуры
резания........................................................................................	165
3.1.6. Понятия об оптимальной температуре резания............	165
3.2. Смазывающе-охлаждающие технологические средства .....	167
3.2.1. Требования, предъявляемые к смазочно-охлаждаю-
щим жидкостям..........................................................................	168
3.2.2. Классификация смазочно-охлаждающих технологи-
ческих средств ...........................................................................	170
3.2.3. Влияние СОТС на стойкость инструментов, силы
резания и качество обработанной поверхности......................	182
3.2.4. Рекомендации по применению СОТС...........................	184
Контрольные вопросы и задания .......................................................	185
Глава 4. Износ и стойкость режущего инструмента .......................	186
4.1. Краткие сведения об инструментальных материалах..........	186
4.1.1. Требования, предъявляемые к инструментальным
материалам.................................................................................	186
4.1.2. Классификация инструментальных материалов,
их маркировка и применение ...................................................	188
4.2. Изнашивание и разрушение режущих инструментов...............	210
4.2.1. Напряжения в инструменте и виды износа
инструмента...............................................................................	211
4.2.2. Физическая сущность и виды изнашивания
инструментов.............................................................................	219
4.3. Понятие о стойкости режущих инструментов......................	230
4.3.1. График износа за время работы инструмента...............	230
4.3.2. Период стойкости инструмента .....................................	234
4.3.3. Критерии износа-затупления инструмента...................	235
4.3.4. Зависимость «скорость резания – стойкость
инструмента» .............................................................................	239
4.3.5. Характеристики размерной стойкости инструмента....	240
4.3.6. Влияние скорости (температуры) резания
на характеристики размерной стойкости. Зависимость
стойкость–скорость (Т–V).........................................................	242
4.3.7. Положение о постоянстве оптимальной температуры
резания........................................................................................	245
5

4.3.8. Экономическая скорость резания и скорость резания,
соответствующая максимальной производительности
на данном рабочем месте..........................................................	249
4.3.9. Возможные потери при выборе высоких периодов
стойкости....................................................................................	250
4.3.10. Влияние различных факторов на скорость резания
и стойкость инструмента..........................................................	252
4.3.11. Номограммы для выбора режимов резания................	255
4.3.12. Характер изнашивания и средние величины
максимально допустимого износа инструментов..................	257
4.4. Контрольные вопросы и задания...........................................	260
Глава 5. Влияние условий резания на качество поверхностного
слоя обработанной детали..................................................................	261
5.1. Понятие о поверхностном слое, возникающем
при резании.....................................................................................	261
5.2. Основные параметры, определяющие качество
поверхностного слоя......................................................................	262
5.2.1. Шероховатость обработанной поверхности.................	262
5.2.2. Наклеп поверхностного слоя при резании металлов...	264
5.2.3. Остаточные поверхностные напряжения......................	267
5.3. Зависимость параметров качества поверхностного слоя
от условий обработки.....................................................................	272
5.3.1. Влияние условий обработки на шероховатость
поверхности...............................................................................	272
5.3.2. Влияние условий обработки на наклеп поверхности...	276
5.3.3. Влияние условий обработки на остаточные
напряжения ................................................................................	280
5.4. Влияние качества поверхностного слоя
на эксплуатационные свойства деталей.......................................	283
5.5. Особенности образования поверхности при чистовой
лезвийной и абразивной обработке ..............................................	284
5.5.1. Понятие об абразивном инструменте.
Характеристики абразивного инструмента.............................	285
5.5.2. Виды шлифования. Элементы режима резания
при круглом наружном шлифовании ......................................	294
6

5.5.3. Физическая сущность процесса шлифования,
особенности образования поверхностного слоя.....................	296
5.5.4. Силы резания при шлифовании .....................................	299
5.5.5. Износ и стойкость абразивного инструмента...............	300
5.5.6. Назначение режимов резания при шлифовании...........	301
5.6. Контрольные вопросы и задания ...........................................	302
Глава 6. Оптимизация процесса резания...........................................	302
6.1. Понятие об обрабатываемости материалов резанием..........	302
6.1.1. Основные параметры обрабатываемости......................	303
6.1.2. Выбор рациональных скоростей резания......................	306
6.1.3. Способы определения обрабатываемости.....................	309
6.1.4. Методы улучшения обрабатываемости.........................	316
6.1.5. Особенности обрабатываемости резанием
различных материалов..............................................................	318
6.2. Выбор и назначение оптимальных параметров режущего
инструмента ....................................................................................	341
6.3. Назначение оптимальных режимов резания различными
методами..........................................................................................	342
6.3.1. Табличный метод.............................................................	343
6.3.2. Аналитический расчет оптимальных режимов
резания........................................................................................	343
6.4. Контрольные вопросы и задания ...........................................	345
Глава 7. Современные направления развития науки и практики
обработки материалов резанием ........................................................	346
7.1. Адаптивное управление процессом резания.........................	346
7.2. Развитие высокоскоростного резания....................................	347
7.3. Новые принципы резания в условиях гибкого
производства...................................................................................	348
7.4. Гидроабразивная резка материалов.......................................	352
7.5. Контрольные вопросы и задания ...........................................	358
Список литературы..............................................................................	359

ВВЕДЕНИЕ

Резание материалов – это наука, имеющая свою сложную теорию и широкое практическое применение в промышленности. Процессом резания материалов называется процесс срезания с заготовки заданного припуска материала в виде стружки с целью получения из заготовки детали необходимых формы, размеров и требуемого качества. Несмотря на значительное развитие способов формообразования без снятия стружки, таких как литье, ковка, штамповка, прессование, в начале XXI века обработка материалов резанием остается основным способом изготовления точных деталей машин и механизмов в силу таких своих существенных преимуществ перед другими видами обработки, как универсальность, гибкость, малая энергоемкость, простота эксплуатации, технологическая маневренность, высокая производительность, возможность обработки деталей любой формы и размеров с высокой точностью и качеством, обеспечивающим стабильные эксплуатационные параметры машин. Эти преимущества процесса резания сегодня еще больше возросли в машиностроении в связи с переходом от прежнего массового производства машин и механизмов на производство современных конкурентноспособных машин небольшими сериями, партиями с использованием современных станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и гибких быстропереналаживаемых обрабатывающих центров.

За прошедшее столетие в области науки о резании металлов выполнено огромное количество научных исследований, установлены основные закономерности процесса резания, разработаны высокоэффективные инструментальные материалы, создано современное высокопроизводительное компьютеризированное оборудование.

Дальнейшее развитие науки о резании связано с решением проблем обработки деталей новых высокоэффективных конкурентоспособных на внутреннем и внешнем рынках машин и механизмов, имеющих более высокие эксплуатационные параметры и изготавливаемых из новых более труднообрабатываемых материалов. Сегодня это, например, наиболее актуально для предприятий авиационно-

космического профиля Пермского края при изготовлении такого особого класса сложнейших машин и механизмов, как газотурбинные двигатели (ГТД) для авиации, наземных энергетических и газоперекачивающих установок, двигатели первой ступени ракеты «Протон», артиллерийские и ракетные установки и др. Появление новых обрабатываемых материалов, повышение точности размеров, обеспечение более низкой шероховатости, снижение себестоимости обработки деталей ставит перед специалистами машиностроительного производства все новые и более сложные задачи.

Процесс срезания припуска осуществляется при помощи специальных режущих инструментов, имеющих в поперечном сечении форму клина. Форма клина для режущего инструмента изобретена еще древним человеком много сотен лет назад. Первоначально это были деревянные и каменные инструменты в виде ножей и топоров, а позднее появились и металлические инструменты. Форма клина для любого режущего инструмента изобретена древним человеком неслучайно. Сегодня мы можем объяснить наличие клина на режущих инструментах с физической точки зрения. Например, при колке дров применяют режущий инструмент – топор или колун, имеющий форму клина в поперечном сечении. В ходе колки мы можем проследить последовательно несколько процессов. Сначала режущая кромка топора упруго деформирует деревянный материал. Происходит упругая деформация. Затем наступает пластическая деформация материала со следами врезания топора, а затем под действием клина происходит разрыв межмолекулярных связей обрабатываемого материала. Образуется трещина, и чурка раскалывается на два полена. Наличие наклонных поверхностей клина на топоре и создает силу разрыва межмолекулярных связей и разрушение материала. Эти явления мы можем наблюдать и при резке других материалов в бытовых условиях и, конечно, при обработке заготовок деталей машин на металлорежущих станках. Здесь с обрабатываемой поверхности заготовки последовательно срезаются тонкие слои материала, называемые стружкой, с целью получения детали необходимой формы и размеров.

В процессе механической обработки деталей помимо видоизменения формы и размеров заготовки происходит формирование особых свойств поверхностного слоя, его макро- и микроструктуры, что непосредственным образом влияет на усталостную прочность, долговечность деталей и, в конечном счете, на надежность и ресурс работы изготавливаемого изделия. Окончательное формирование основных параметров качества поверхностного слоя и усталостной прочности деталей машин происходит на чистовых финишных операциях механической обработки, с которыми студенты познакомятся в данном учебном пособии.

Наука о резании материалов – относительно молодая наука. Первые теоретические работы в этой области знаний появились в конце XIX века в России. Ранее в различных странах Европы и США проводились лишь отдельные чисто экспериментальные работы без объяснения физического смысла процесса резания. Основоположником научного направления в резании материалов является русский профессор Санкт-Петербургского горного института Иван Августович Тиме (1838–1920). В 1870 году он опубликовал монографию «Сопротивление металла и дерева резанию». В ней он впервые показал, что без детального изучения физических основ резания невозможно организовать рациональную и научно обоснованную механическую обработку. Он впервые исследовал характер деформации срезаемого слоя, установил классификацию типов стружек, разработал методы измерения сил резания и предложил формулы для их вычисления. Аналогичные результаты были опубликованы в Англии спустя 55 лет. Исследования И.А. Тиме продолжил профессор Харьковского технологического института К.А. Зворыкин (1861–1928). Он в 1893 году опубликовал книгу «Работа и усилие, необходимое для отделения металлических стружек при резании», где представил разработанные конструкции динамометра для определения сил резания, а также вывел формулу для их расчета с учетом сил трения на передней и задней поверхностях инструмента. Необходимо отметить, что лишь спустя 50 лет аналогичную теорию опубликовал профессор из США М.Е. Мерчант, «забыв» сослаться на труды К.А. Зворыкина.

1 / 371 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.20223.63 Mб4699.pdf
#
15.11.2022211.62 Кб07.pdf
#
15.11.20223.67 Mб12702.pdf
#
15.11.20223.7 Mб0707.pdf
#
15.11.20223.72 Mб0708.pdf
#
15.11.20223.77 Mб3714.pdf
#
15.11.20223.78 Mб1716.pdf
#
15.11.20223.81 Mб1722.pdf
#
15.11.20223.81 Mб2723.pdf
#
15.11.20223.83 Mб2725.pdf
#
15.11.20223.85 Mб3727.pdf