3549

С.Ю. Жачкин, О.А. Сидоркин, Н.А. Пеньков М.Н. Краснова, В.М. Пачевский

ДИАГНОСТИКА

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Учебное пособие

Воронеж 2016

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

С.Ю. Жачкин, О.А. Сидоркин, Н.А. Пеньков, М.Н. Краснова, В.М. Пачевский

ДИАГНОСТИКА

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2016

2

УДК 621.9.02

Диагностика многофункционального оборудования: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (6,5 МБ) / С.Ю. Жачкин, О.А. Сидоркин, Н.А. Пеньков, М.Н. Краснова, В.М. Пачевский. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500

и выше; 256 МБ ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024х768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

Учебное пособие содержит вопросы, ориентированные на изучение студентами методик проектирования, диагностики оборудования и комплектов технических систем при проектировании новых процессов обработки материалов.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 15.04.01 «Машиностроение», программе магистерской подготовки «Обеспечение качественно-точностных характеристик при изготовлении изделий в автоматизированном машиностроительном производстве», дисциплине «Диагностика многофункцио-нального оборудования».

Табл. 31. Ил. 30. Библиогр.: 14 назв.

Рецензенты: кафедра защитных сооружений ВУНЦ ВВС «ВВА» им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. И.И. Звенигородский); д-р техн. наук, проф. В.Ф. Селиванов

©Жачкин С.Ю., Сидоркин О.А., Пеньков Н.А., Краснова М.Н., Пачевский В.М., 2016

©Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016

3

ВВЕДЕНИЕ

Режущие инструменты (РИ) имеют большое применение в металлообработке разнообразных деталей и узлов машин и агрегатов. При этом обрабатываются наружные, внутренние, фасонные и комбинированные поверхности, а обрабатываемый материал деталей имеет различные физико-механические свойства. Это накладывает определенные требования к РИ, качеству его изготовления и эксплуатационным свойствам.

Режущий инструмент (резцы, фрезы, сверла, шлифовальные круги, метчики и др.) должны показывать высокую производительность, стойкость, точность и качество обработки. Режимы резания во многом зависят от свойств обрабатываемого материала и эксплуатационных свойств РИ. Практика и опыт работы требуют применять производительный и прогрессивный инструмент, обладающий высокими эксплуатационными свойствами (оптимальный период стойкости, большой срок службы, прочностью и надежностью при работе). В этом случае достигается минимальная себестоимость технологических операций и при изготовлении деталей и узлов машин.

Большую роль РИ играет в современном автоматизированном производстве, в котором широко применяются автоматические линии, станки с ЧПУ и обрабатывающих центрах (ОЦ), имеющие большую стоимость 1 минуты работы.

Проектированию РИ посвящено ряд учебников, справочников и монографий [1 – 6, 8, 12 и др.], в которых изложены вопросы проектирования расчета параметров и эксплуатации разнообразных инструментов. Причем некоторые вопросы трактуются с учетом работ авторов, а также инструментальных школ страны.

3

В настоящее время студенты очного и заочного вида обучения машиностроительных специальностей 151001, 151002, 151003 и по плану подготовки бакалавров и магистров науки и техники изучают дисциплину «Режущий инструмент» согласно ГОС ВПО № 512-Тех/ДС учебного плана СамГТУ в объеме 102 часов, из них аудиторных занятий 51 час и самостоятельной работы 51 час. Таким образом, на самостоятельную работу студентам выделяется половина из общих учебных часов для изучения дисциплины. Данное учебное пособие написано с учетом базовых работ и трудов известных ученых: Сахарова Г.Н, Гречишникова В.А., Кирсанова С.В., Ординарцева И.А. и др., отечественного и зарубежного опыта, а также работ автора в области конструирования и расчета современного высокопроизводительного инструмента [2,3] и предназначено для самостоятельного углубленного изучения основ проектирования РИ с учетом современных тенденций и направлений.

Целью данного учебного пособия (1 часть курса) является углубленное изучение разнообразных конструкций и особенностей проектирования РИ с учетом разных условий их работы и обработки деталей с требуемым качеством и заданной точностью. Пособие рекомендуется также применять при выполнении курсовых проектов (работ) и выпускных квалификационных работ (дипломных проектов). Первая часть пособия состоит из 4 х разделов, в которых освещаются основные положения по выбору инструментальных материалов, конструкции обычных резцов и резцов со сменными пластинами по классификации ИСО; круглых и призматических фасонных резцов. В конце каждого раздела для проверки знаний по самостоятельно изученному материалу приведены контрольные вопросы, позволяющие оценить знания, умения и навыки (ЗУН) по изучаемым разделам. Для самоконтроля в конце пособия приведены правильные ответы по заданным вопросам. Пособие

4

рекомендуется также в практической деятельности преподавателей, аспирантов и лиц, занимающихся эксплуатацией и проектированием РИ.

Изучение материала может осуществляться на кафедре «ИССА» в рукописном виде или в электронном виде на дисках

вформате файла Microsoft Word.

Вдальнейшем планируется написание 2ой части учебного пособия, в которой будут описаны и изучены остальные инструменты (фрезы, резьбообрабатывающие инструменты, протяжки и др.), изучаемые согласно учебной программы дисциплины «Режущий инструмент».

5

Раздел 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ И МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ

1.1.Классификация инструментальных материалов

иобщие требования, предъявляемые к ним

При изготовлении режущих инструментов РИ для обработки металлов в отечественной промышленности применяется широкая номенклатура инструментальных материалов, которые подразделяются на четыре основные группы (рис. 1).

В процессе обработки металлов резанием рабочие поверхности инструментов подвергаются интенсивному воздействию высоких контактных давлений и температур, а взаимодействие с обрабатываемым материалом и реагентами из окружающей среды приводит к протеканию интенсивных физико-химических процессов виде адгезии, диффузии, окисления, коррозии и др. Чтобы инструменты могли сопротивляться действующим на них нагрузкам, инструментальные материалы должны соответствовать целому комплексу требований и свойств [1, 2, 4, 5 и др.]

Твердость. Чтобы инструменты, могли срезать необходимые объемы обрабатываемых материалов, твердость инструментальных материалов HVИМ должна значительно (более чем в 2,5 раза) превосходить твердость обрабатываемых материалов HVOM. Поэтому одним из главных требований, предъявляемых к инструментальным материалам, является их высокая твердость. Однако чрезмерное увеличение твердости, как правило, приводит к увеличению хрупкости, снижению вязкости и образование трещин инструментальных материалов. Практика показывает, что в зависимости от условий обработки существует

6

оптимальное отношение HVИМ/HVOM, обеспечивающее наилучшее соотношение твердости и вязкости инструментальных материалов.

Рис. 1. Классификация инструментальных материалов

Механическая прочность. Способность инструментов сопротивляться большим механическим нагрузкам без хрупкого разрушения и заметного пластического деформирования определяется их механической прочностью. Поэтому инструментальные материалы должны обладать достаточными значениями механической прочности при растяжении и изгибе ( и). Очень важной является так называемая величина ударной вязкости, которая особенно важна при работе РИ при прерывистом резанье, ударной нагрузке и переменной глубиной. Инструментальные стали имеют ударную вязкость в несколько раз больше, чем твердые сплавы, минералокерамика и СТМ. Так как инструменты могут эксплуатироваться в условиях циклических нагрузок -

7

прерывистое резание, резание с переменным припуском и т.д., то наряду с механической прочностью, инструментальные материалы должны обладать высоким сопротивлением разрушению при циклическом нагружении, обычно называемым пределом выносливости. ( в). Очень важной является так называемая величина ударной вязкости, которая особенно важна при работе РИ при прерывистом резанье, ударной нагрузке и переменной глубиной. Инструментальные стали имеют ударную вязкость в несколько раз больше, чем твердые сплавы, минералокерамика и СТМ.

Теплостойкость. Это свойство определяет способность режущих инструментов сохранять свою твердость при повышенных температурах, возникающих в процессе резания. Именно от теплостойкости инструментальных материалов в первую очередь зависит максимально допустимая скорость резания, с которой могут работать инструменты. С учетом необходимости использования инструментальных материалов в условиях периодического изменения температуры (например, прерывистое резание), инструментальные материалы должны быть малочувствительны к циклическим изменениям температуры.

Износостойкость. Поверхности режущих инструментов должны сопротивляться удалению частиц с их рабочих поверхностей при взаимодействии с обрабатываемыми материалами, а инструментальные материалы должны обладать высокой износостойкостью. Этот показатель является комплексным свойством и зависит от всех вышеперечисленных свойств - твердости, прочности и теплостойкости.

Теплопроводность. Способность отводить тепло из зоны резания с целью снижения вероятности перегрева режущих кромок является важным условием для нормальной работы режущих инструментов. Поэтому

инструментальные материалы должны обладать достаточной теплопроводностью.

8

Сродство с обрабатываемым материалом. Необходимым условием достижения высоких режущих свойств инструментов является низкая физико-химическая активность инструментальных материалов по отношению к обрабатываемым материалам. Поэтому кристаллохимические свойства инструментальных материалов должны существенно отличаться от соответствующих свойств обрабатываемых материалов. Степень такого отличия сильно влияет на адгезионно-усталостные, окислительные процессы, изнашивание рабочих поверхностей инструментов и качество обработанных поверхностей. Рекомендуется применять в РИ такой инструментальный материал, который не имел сродства с обрабатываемым материалом.

Технологичность. Под технологичностью понимается комплекс свойств, характеризующий поведение инструментальных материалов при изготовлении режущих инструментов. Технологичность определяет возможность использования марки инструментального материала в конструкции конкретного режущего инструмента. Например, материалы, обладающие плохой шлифуемостью, неудобны при изготовлении и переточке сложнопрофильных инструментов, а слишком узкий температурный интервал нагрева материала при термообработке может привести к браку и снизить общее качество инструмента. Рекомендуется применять в РИ такой инструментальный материал, который не имел сродства собрабатываемым материалом.

Экономичность. Наряду с рассмотренными выше физико-механическими, кристаллохимическими и технологическими свойствами, очень важной характеристикой инструментальных материалов является экономичность, которая в основном зависит от их химического состава. Введение большого количества дорогостоящих легирующих элементов (вольфрама, кобальта и т.д.) существенно увеличивает стоимость инструментальных материалов и сужает область их применения. Поэтому очень важно сделать оценку

9