книги из ГПНТБ / Бергер И.И. Токарное дело учебник

наибольшей производительности с учетом величины партии деталей, возможностей станка, размеров поверхности и требуемой точности обработки. Так, из известных способов нарезания крепежных резьб на токарных станках наиболее производительными является вы­ полнение их метчиками, плашками, нарезными и накатными го­ ловками. Однако последние можно применять в том случае, когда к резьбе не предъявляют требования строгой соосности с другими по­ верхностями детали. Фасонные поверхности небольшой длины наиболее производительно можно обработать фасонными резцами. Но их экономически выгодно применять в случае, когда партия об­ рабатываемых деталей значительная. Длинные конусы нельзя обра­ ботать угловым резцом или методом поворота верхних салазок суппорта. Для этого применяют способы обработки конусов в смещенных центрах или при помощи конусной линейки. Следова­ тельно, выбор того или иного способа обработки нуждается в учете конкретных условий работы.

3. Сложные поверхности иногда используются в качестве уста­ новочных баз, но при этом следует учитывать их особенности.

Конические поверхности обеспечивают точное центрирование заготовок, но не могут служить базой, когда требуется высокая точность линейных размеров. Это объясняется тем, что небольшое изменение диаметра конуса влечет за собой значительные погреш­ ности осевого положения заготовки на станке.

Фасонные поверхности весьма редко применяются в качестве установочных баз, так как для этого необходимо иметь приспособ­ ления с соответствующей формой зажимных поверхностей. Для этой цели иногда применяют специальный комплект сырых кулачков к токарному патрону, рабочим поверхностям которых придают фасон­ ную форму.

Резьба довольно часто используется в качестве установочной базы, но в тех случаях, когда к детали не предъявляют требования высокой точности расположения поверхностей. Это объясняется на­ личием в резьбовых соединениях значительных зазоров, которые трудно устранить, а иногда и нецелесообразно в связи с необходи­ мостью дополнительных затрат.

4. Большинство способов обработки сложных поверхностей тре­ бует особой наладки токарного станка (нарезание резьб резцами, обработка конусов в смещенных центрах, обработка фасонных по­ верхностей по копиру и др.). В таких случаях выполнение сложных поверхностей следует выделять в отдельные операции. Вместе с тем некоторые способы обработки этих же поверхностей, не требующие особой перестройки станка (нарезание резьб метчиками и плашка­ ми, обработка коротких конусов угловыми резцами и др.), можно включать в операцию в виде отдельных переходов.

С учетом изложенного рассмотрим характерные примеры изго­ товления деталей со сложными поверхностями.

Пример 1. Необходимо изготовить вал (рис. 222) со сложными поверхностями (конической и резьбовой) в количестве 10 штук. За­ готовкой служит круглый прокат 0 34X 111 мм на 1 деталь.

протачивается фаска и вытачивается канавка. В 4-й операции после­ довательно обтачиваются цилиндры под резьбу 0 17,8 мм и конус 0 30 мм, протачивается фаска и вытачивается канавка. В операци­ ях 5, 6 и 7 окончательно обрабатываются конус, цилиндр 0 20Сз и резьба M l8.

Пример 2. Рассмотрим обработку втулки (рис. 223) со слож­ ным отверстием, поверхности которого (резьбовые и конические) должны быть соосны между собой. •

В качестве заготовки принят круглый прокат диаметром 60 мм, длиной 79 мм (сокращенно 0 60X79 мм) на одну деталь, так как длинный пруток такого диаметра не пройдет в отверстие шпинделя токарных станков средних диаметров.

Составим технологический маршрут обработки рассматривае­ мой детали в условиях мелкосерийного производства. Для этого сначала следует разрешить ряд вопросов: наметить чистовую уста­ новочную базу, выбрать методы закрепления заготовок и способы обработки сложных поверхностей.

Втулка имеет гладкую наружную поверхность, которую наи­ более удобно использовать в качестве чистовой установочной ба­ зы. Эту поверхность следует обработать в одной из первых опе­ раций.

Для закрепления заготовок за чистовую базу примем трехку­ лачковый токарный патрон. Точность его центрирования увеличим посредством закрепления заготовок в разрезной втулке.

С целью создания постоянного осевого положения заготовок и облегчения отсчетов по лимбу во всех операциях, где это требует­ ся, применим шпиндельный упор.

Чтобы выдержать соосность резьбовых поверхностей отверстия, их следует нарезать резцом. Это также определяется конструкцией детали, так как узкие канавки на концах резьб недостаточны для выхода режущей части метчиков. Конус в отверстии обработаем ме­ тодом поворота верхних салазок суппорта.

В связи с необходимостью особой наладки станка для обра­ ботки сложных поверхностей отверстия выполнение их выделим в отдельные операции.

Технологический маршрут разделим на восемь операций, кото­ рые будем выполнять в такой последовательности.

1- я операция. Закрепив заготовку в патроне, подрезаем торе и сверлим отверстие диаметром 23 мм.

2- я операция. Устанавливаем заготовку в центрах (передний центр рифленый, задний — вращающийся). Обтачиваем цилиндр до диаметра 55 мм окончательно.

3- я операция. Устанавливаем заготовку в патроне при помощ разжимной расточенной втулки и упираем ее в шпиндельный упор. Подрезаем торец до окончательной длины детали (75 мм) и рас­ сверливаем отверстие до диаметра 33 мм на глубину 32 мм.

4-я операция. Установка та же. Растачиваем отверстие под резьбу М27ХІ,5 до диаметра 25,7 мм и вытачиваем канавку для выхода резьбового резца 0 28X4 мм.

'Ш /Ш /£

Рис. 223. Обработка втулки со сложным отверстием.

5- я операция. Установка та же. Растачиваем отверстие под резьбу М36Х2 до диаметра 342 мм и вытачиваем канавку 0 37Х Х4 мм.

6- я операция. Установка та же. Растачиваем конус с конусно­ стью 1 : 10 способом поворота верхних салазок суппорта.

7- я операция. Установка та же. Нарезаем резьбу М27ХІ.5 резцом.

8- я операция. Установка та же. Нарезаем резьбу М36Х2 резцом.

Как можно было заметить, в операциях с 3-й по 8-ю использу­ ется единая установочная база — наружная цилиндрическая поверх­ ность диаметром 55 мм.

Пример 3. На рис. 224 показана втулка со сложной наружной поверхностью, у которой требуется выдержать концентричность ци-

верхиостыо.

линдра 0 60Х3 и резьбы М52ХІ.5 к отверстию 0 32Аз. Составим технологический маршрут ее изготовления для условий серийного производства.

Так как по Наружному диаметру (60 лш) длинная заготовка не проходит в отверстие шпинделя средних токарных станков, принята заготовка на одну деталь из проката диаметром 65 мм, длиной 84 мм. Заготовки подаются к станку с просверленным отверстием диаметром 30 мм.

Предварительные замечания:

1. Втулка имеет гладкое отверстие, которое целесообразно ис­ пользовать в качестве чистовой установочной базы при окончатель­ ной обработке сложной наружной поверхности.

2.Учитывая серийный тип производства, настраиваем токарный станок по продольным упорам в операциях, где требуется выдер­ жать линейные размеры детали.

3.Коническую поверхность небольшой длины (15 мм) можно обработать узловым резцом, поэтому включаем ее выполнение в ви­ де перехода в операцию.

4.В связи с близким расположением конуса и канавки 0 48Х Х8 мм используем задний резцедержатель суппорта, на который

установим два резца — угловой и канавочный. То же применим для вытачивания канавки шириной 3 мм и снятия фаски 2x45° по кра­ ям резьбового участка детали.

Технологический маршрут будем выполнять в следующем по­ рядке.

1- я операция. Закрепляем заготовку в трехкулачковом патро­ не. Подрезаем торец и обрабатываем отверстие последовательно зенкером № 1 диаметром 32 мм (под развертывание) и разверткой диаметром 32 мм для 3-го класса точности.

2- я операция. Устанавливаем заготовку на разжимную хвосто­ вую оправку. Подрезаем второй торец до размера длины детали (80 мм), обтачиваем ее по верху до диаметра 60Х3 мм, резцами-

. резьбу до диаметра 51,9—о,і7, резцами заднего резцедержателя вы­ тачиваем канавку шириной 3-мм и снимаем фаску 2X45°.

4- я операция. Установка та же. Нарезаем резьбу М52ХІ.5 рез­

цом.

В этом примере во всех операциях по обработке наружных по­ верхностей использована единая установочная база — отверстие диаметром 32А3.

Вопросы и задания для повторения

1.Какие поверхности называются сложными?

2.Как выполняется подготовка заготовок под обработку сложных поверх­

ностей?

3.Каким требованиям-должен удовлетворять выбранный способ обработки сложной поверхности? Приведите примеры.

4.Приведите примеры использования сложных поверхностей в качестве установочных баз. Каковы особенности этих баз?

5.Чем определяется необходимость выделения обработки сложной поверх­

ности в самостоятельную операцию? Приведите примеры.

6.Когда возможно выполнение сложной поверхности включить в операцию

ввиде перехода? Приведите примеры.

7.Выполните карты технологического маршрута токарной обработки дета­ лей по рис. 222, 223 и 224,

Глава XII

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

§ 1. Развитие науки о резании металлов

Обработка металлов резанием ■— наиболее распространенная и трудоемкая часть работ, совершаемых при изготовлении деталей машин. Поэтому снижение затрат труда и времени на ее выполне­ ние является одним из главных направлений дальнейшего увеличе­ ния производительности современного машиностроения. Разреше­ ние этих задач путем исследования явлений и закономерностей при резании, совершенствование конструкций и геометрии режущих ин­ струментов и создание новых, более эффективных способов обработ­ ки составляют основное содержание науки о резании металлов.

Теория резания — сравнительно молодая наука.

Первые экспериментальные работы, послужившие началом ее развития, были проведены во второй половине прошлого столетия

вРоссии.

В1868 г. выдающийся русский ученый профессор И. А. Тиме выполнил многочисленные исследования по строганию различных металлов. Он впервые доказал, что металлическая стружка обра­ зуется последовательным скалыванием отдельных деформирован­ ных частиц — элементов, разработал ее классификацию в зависи­ мости от условий работы. Эти и ряд других его открытий имеют большую ценность и в настоящее время, так как позволяют объяс­ нить многие явления при резании.

Дальнейшим шагом в развитии науки о резании послужили

исследования русского ученого профессора К. А. Зворыкина (1893). Он впервые сконструировал и применил динамометр для измерения сил, действующих на резец, и вывел формулу для определения силы резания.

С появлением в начале XX в. быстрорежущей стали создалась возможность обработки металлических деталей с высокой скоростью резания. В связи с этим возникла острая необходимость изучения физических явлений, сопровождающих процесс резания,— износа инструмента, влияния теплоты на деталь, стружку, резец. Этими вопросами занимался талантливый русский ученый Я. Г. Усачев. Им были обстоятельно исследованы явления образования нароста, обработочного отвердевания (наклепа) поверхности детали и дей­ ствие теплоты на процесс резания. Я. Г. Усачев разработал метод определения температуры в зоне резания и впервые применил мик­

роскоп для установления характера деформации металла при реза­ нии. Его работами было положено начало глубокому изучению фи­ зики процесса резания.

Однако слаборазвитая промышленность дореволюционной Рос­ сии не могла использовать достижения отечественных ученых.

Наука о резании металлов наиболее успешно начала разви­ ваться в нашей стране после Великой Октябрьской социалистиче­ ской революции и особенно в период довоенных пятилеток. В 1935 г. была создана Комиссия по резанию металлов. Под ее руководством в течение пяти л'ет (1936—1941) проводились экспериментальные и теоретические исследования процесса резания, в которых участ­ вовали научно-исследовательские институты, заводские лаборато­ рии и передовые рабочие. На основании этих исследований были разработаны нормативы по режимам резания.

Послевоенный период характеризуется дальнейшим развитием науки о резании металлов.

Глубокие и всесторонние исследования процесса резания вы­ полнили советские ученые В. Д. Кузнецов, В. А. Кривоухов, А. В. Панкин, П. М. Беспрозванный и многие другие в тесном со­ дружестве с новаторами производства. Результаты их работ и зна­ чительное улучшение свойств инструментальных материалов позволили резко повысить производительность обработки деталей на металлорежущих станках.

Для совершенствования профессии и создания условий высо­ кой производительности труда начинающему токарю необходимо глубоко изучить теоретические основы науки о резании металлов.

Вопросы для повторения

1.Какие задачи разрешает наука о резании металлов.

2.Расскажите об основных этапах развития отечественной науки о резании

.металлов.

§2. Явления, сопровождающие процесс резания металлов

1.Образование стружки. Как указывалось ранее (см. гл. I, § 4), режущей части резца придается форма несимметричного клина, который с некоторой силой Р (рис. 225) вдавливается в обрабаты­ ваемый материал. Под действием этой силы происходит сжатие срезаемого слоя, который деформируется не по всей длине, а толь­ ко на небольшом участке, расположенном близко к передней по­ верхности резца.

Известно, что разрушению металла под действием приложен­ ной силы предшествует постепенно изменяющийся характер дефор­ мации. Так, в пластичных металлах вначале возникают упругие (обратимые) деформации, вследствие которых зерна металла сжи­ маются или вытягиваются. Затем металл начинает пластически (не­ обратимо) деформироваться. Зерна при этом сдвигаются друг ототносительно друга. И, наконец, при некотором значении внешней силы, соответствующей прочности обрабатываемого материала, де­

формированный участок скалывается и отделяется от основной массы, образуя элемент стружки. Такие явления последовательно повторяются в течение всего процесса резания.

Хрупкие металлы разрушаются почти без пластического де­ формирования при достижении предела упругости. Поэтому на их резание затрачивается значительно меньше работы, чем на пла­ стичные металлы.

Скалывание элементов стружки происходит вдоль определен­

расположения которых к плоскости скалывания для более плас­ тичных металлов доходит до 30°, а для менее пластичных прибли­ жается к нулю.

Схема резания (рис. 225) позволяет геометрически установить наиболее целесообразную величину переднего угла резцов для об­ работки пластичных металлов из следующих рассуждений. Каждый элемент стружки, продвигаясь вдоль плоскости скалывания, одно­ временно перемещается перпендикулярно к этой плоскости вверх. Следовательно, для уменьшения деформации элементов стружки и трения их о переднюю поверхность резца последняя не должна пре­ пятствовать такому движению. Для этого переднюю поверхность резца целесообразно расположить перпендикулярно к плоскости скалывания. В этом случае углы у и ßi становятся равными между собой как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Исполь­ зуя значение угла скалывания Л, можно сделать заключение, что рациональная величина переднего угла должна составлять 30—35°. Практически для повышения прочности режущего клина передние углы резцов выполняются значительно меньшими (примерно в 1,5— 2 раза) в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала и материала инструмента.

2. Вид стружки как показатель процесса резания. В § 4 гла­ вы I были рассмотрены основные виды стружек.

При обработке пластичных металлов можно, изменяя режим резания и геометрию заточки резца, получить стружку скалывания, сливную или их переходные виды.

При образовании стружки скалывания ее элементы успевают почти полностью отделиться, но они достаточно прочно связаны друг с другом. В промежутках между скалыванием каждых двух сосед­ них элементов сила сопротивления резанию уменьшается. Такой

периодический процесс колебания силы, действующей на резец, соз­ дает вибрации, являющиеся одной из причин выкрашивания кро­ мок резца и ухудшения чистоты обрабатываемой поверхности. Кроме того, в процессе образования такой стружки ее элементы сильно деформируются, на что расходуется большое количество энергии.

Другая картина наблюдается при образовании сливной струж­ ки. В этом случае сила давления на резец более постоянна, так как каждый элемент стружки при высокой скорости резания не успе­ вает полностью отделиться. В срезаемом слое происходят в основ­

скоростью резания на передней поверхности резца образуется не­ большой комочек металла, называемый наростом (рис. 226).

Нарост представляет собой спрессованные частицы обрабаты­ ваемого металла, прочно приваренные к передней поверхности рез­ ца. В некоторых случаях его величина достигает нескольких мил­ лиметров. Благодаря высокой твердости (в 2—3 раза выше твер­ дости исходного металла) нарост способен резать металл.

Явление образования нароста впервые было исследовано Я. Г. Усачевым, который объяснил его застоем стружки. Так как наибольшему уплотнению подвергаются слои стружки у режущей кромки, то они в результате трения задерживаются (застаиваются) на передней поверхности, образуя нарост. Нарост предохраняет режущую кромку от истирания, увеличивает действительный перед­ ний угол уд, что облегчает процесс резания.

Однако образование нароста нежелательно при чистовом точе­ нии ввиду ухудшения чистоты обработки. По мере достижения пре­ дельной величины нарост обволакивает режущую кромку, срезается ею. При этом часть его вдавливается в обработанную поверхность, образуя шероховатость последней.

Нарост возникает не во всех случаях. При точении прерыви­ стых поверхностей и при большой величине переднего угла (око­ ло 45°) нарост не удерживается на передней поверхности резца.

Избежать нароста можно работой с определенной скоростью резания. При обработке стали средней твердости нарост не наблю­