Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология конструкционных материалов. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие
.pdf
ется трение, увеличивается сила резания, инструмент сильно нагревается, задняя поверхность быстро изнашивается. При очень больших
углах α уменьшается прочность инструмента, ухудшается отвод теплоты.
а б
в
Рис. 1.4. Геометрия режущей части инструмента:
а – при точении; б – при сверлении; в – при строгании (1 – обрабатываемая
поверхность заготовки; 2 – обработанная поверхность заготовки; 3 – передняя
поверхность инструмента; 4 – задняя поверхность инструмента; 5 – режущая
кромка инструмента; α – задний угол; β – угол заострения; γ – передний угол)
Угол β между касательными к передней и задней поверхностям
(передней и задней граням) инструмента называется углом заост-
рения.
Угол γ, заключённый между перпендикуляром к поверхности
резания и касательной к передней поверхности (или передней грани),
называется передним углом. Наличие переднего угла облегчает
врезание инструмента, стружка лучше отделяется и получает возможность
естественного схода. С увеличением переднего угла улучшаются
условия работы инструмента, уменьшается усилие резания, повыша-
11
ется его стойкость. Однако при этом тело режущей части инструмента
π
⋅
может легко выкрашиваться, ломаться, ухудшается отвод тепла.
Поэтому для каждого инструмента приняты вполне определённые
значения угла гамма.
Угол наклона передней поверхности инструмента к обработанной поверхности заготовки называется углом резания δ. Чем меньше
угол резания, тем меньше усилие резания, прочность инструмента
и тем хуже будет отвод тепла.
1.3. РЕЖИМ РЕЗАНИЯ
Обработку резанием на металлорежущих станках проводят при
определённых параметрах режима резания, которые характеризуют
степень загрузки станка и инструмента.
Режим резания – это совокупность параметров процесса обработки материалов резанием на металлорежущих станках: скорость резания (главного движения), величина подачи и глубина резания.
Скорость резания, V, характеризует главное движение и представляет собой путь, пройденный в единицу времени точкой режущей
кромки инструмента относительно главного движения заготовки
или инструмента. Скорость резания измеряется в м/мин (для шлифования – в м/cек).
Для станков с вращательным главным движением скорость резания – окружная скорость заготовки или инструмента. Она определяется по формуле
Dn
V
⋅⋅
= (1.1)
,
1000
где D – диаметр обрабатываемой заготовки или инструмента, мм;
n – число оборотов заготовки или инструмента в минуту, об/мин;
π = 3,14.
Для станков с возвратно-поступательным главным движением
скорость резания – скорость рабочего хода, V
L
1000
p
,
p
VT=
p
,
р
(1.2),
где Lр – длина хода рабочего органа станка, мм; Тp – время рабочего
хода, мин.
12
Чем больше скорость резания, тем быстрее будет вестись обработка и, значит, тем больше будет производительность. Но это справедливо только до известных пределов. Для каждого вида обработки
имеется наивыгоднейшая, или, как её принято называть, оптимальная
скорость резания, при превышении которой производительность уже
не будет расти и может даже снизиться.
Величина
оптимальной скорости резания зависит от ряда факторов. Прежде всего, она зависит от материала инструмента. Например,
инструменты, оснащенные пластинками твёрдого сплава, допускают
скорость резания в (5...8) раз большую, чем инструменты из быстрорежущей стали.
Также величина оптимальной скорости резания зависит от тре-
бующейся
стойкости инструмента, Т, под которой понимается время
работы инструмента до затупления в минутах. Стойкость зависит от
скорости резания, материала инструмента, его геометрии, материала
заготовки и смазочно-охлаждающей жидкости.
Чем сложнее заточка инструмента и установка его, тем больше
нужно брать период стойкости. Например, для токарных резцов из
быстрорежущей стали Т обычно равно от 30
до 60 минут, для твердосплавных резцов – от 45 до 90 минут, для фрез – от 300 до 400 минут.
Чем больше должна быть стойкость инструмента, тем естественно,
меньше будет скорость резания. Чем твёрже и прочнее обрабатываемый материал, тем меньше принимается скорость резания. При работе со смазочно-охлаждающей жидкостью скорость резания будет выше, чем
при обработке всухую.
На величину скорости резания оказывает влияние также геомет-
рия режущего инструмента, величина подачи, глубина резания и др.
Подача наряду со скоростью резанием является одним из ос-
новных параметром режима резания. Для того чтобы иметь возможность охватить резанием всю поверхность изделия инструменту или
изделию, помимо главного движения, нужно сообщить еще и движение подачи. Скорость этого движения называется
или просто
подачей.
величиной подачи
Для станков с вращательным главным движением подача на
оборот, S
– путь, проходимый инструментом или изделием за один
о
оборот шпинделя (рис. 1.5). Подача на оборот измеряется обычно
в мм/об. Для станков с возвратно-поступательным главным движени-
подача на двойной ход, S
ем
– путь перемещения инструмента
дв.х
в мм за один двойной ход изделия (или инструмента). Измеряется
в мм/дв.ход.
13
Различают также минутную подачу, Sм – путь, проходимый ин-
струментом или изделием за одну минуту. Измеряется в мм/мин. Очевидно, что
Sм = Sо n, (1.3)
где Sо – подача на оборот, мм/об; n – число оборотов детали или инструмента в минуту, об/мин.
Для снятия припуска под обработку инструмент необходимо
подать в заготовку на определённую глубину.
Глубина резания, t, представляет собой толщину материала,
срезаемую с заготовки за один проход. Другими словами, глубина резания – это кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно продольной оси
заготовки (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Подача и глубина резания
Глубина резания задаётся на каждый рабочий ход (проход) относительно размера заготовки после предыдущего прохода. Обычно
для уменьшения влияния сил резания срезание величины припуска
распределяют следующим образом: 60 % – при черновой обработке,
от 20 до 30 % – при получистовой обработке, от 10 до 20 % – при чистовой обработке. В реальных условиях весь припуск на обработку
стремятся снять за
на припуску на обработку.
14
один проход. Поэтому глубина резания будет рав-
Различают также ширину, а, и толщину, в, срезаемого слоя ма-
ϕ
териала. Из рис. 1.5 видно, что
а = S · sinφ, (1.4)
t
в =
,
(1.5)
sin
где φ – главный угол в плане.
Номинальная площадь срезаемого слоя, f,
f = а · в = s · t. (1.6)
Сила резания и мощность резания имеют большое значение
при обработке материалов резанием. Так, обрабатываемый материал
оказывает сопротивление резанию, и на инструмент действует сила Р,
величина которой зависит от твёрдости, прочности и вязкости материала, сечения стружки, геометрии инструмента, применяемой смазочно-охлаждающей жидкости и других факторов, а направление
противоположно направлению давления режущего лезвия инструмента (
рис. 1.6).
Рис. 1.6. Усилия при резании
Поскольку указанная сила направлена в пространстве под углом,
её принято разлагать по трём взаимно перпендикулярным осям на составляющие P
Наибольшее значение имеет сила P
вующая в направлении скорости резания. Она определяет мощность,
, Py, Px.
z
– сила резания – дейст-
z
потребную для осуществления главного движения. По ней рассчитывается механизм главного движения. Сила P
15
– сила подачи – дейст-
x
вует противоположно направлению подачи. Она определяет мощ-
⋅
η
ность, расходуемую на подачу. Исходя из этой силы, ведётся расчёт
механизма подачи. Сила P
– радиальная сила или усилие отталки-
y
вания – действует перпендикулярно к направлению подачи. Сущест-
венного влияния на мощность, расходуемую на резание, она не оказывает, но вызывает деформацию инструмента и обрабатываемой
заготовки, что сказывается на точности обработки.
Силы Р
ставляет примерно 1/3 Р
Мощность, расходуемая на резание, называется
мощностью N
и Рy меньше Рz. При токарной обработке сила Рx со-
x
, сила Рy – в среднем 0,4 Рz.
z
эффективной
, определяется по формуле
э
PV
N =
э
z
60 1020
,
(1.7),
где Рz – сила резания, Н; V – скорость резания, м/мин.
Потребная мощность электродвигателя N
будет больше эф-
d
фективной мощности на величину потерь в механизмах станка, определяемых его коэффициентом полезного действия:
N
э
,
N =
d
(1.8)
где Nэ – эффективная мощность, кВт; η – коэффициент полезного
действия.
Зная потребную мощность и сравнив её с имеющейся мощностью электродвигателя станка, можно судить о возможности использования его для заданной работы. Для этого мощность электродвигателя станка должна быть равна или больше потребной мощности.
Износ и стойкость режущих инструментов являются неотъем-
лемыми характеристиками обработки материалов резанием. Так,
в процессе резания возникает трение стружки о переднюю поверхность обрабатываемой заготовки о заднюю поверхность инструмента.
В результате инструмент изнашивается.
Различают три вида износа: износ по передней поверхности, износ по задней поверхности и износ по передней и задней поверхностям. Износ по
передней поверхности имеет место при черновой
обработке инструментами из быстрорежущей стали. Износ по задней
поверхности наблюдается у инструментов срезающих тонкие стружки, т. е. при чистовой обработке, а также при обработке хрупких
и твердых материалов. Наиболее часто встречается одновременный
износ по передней и по задней поверхности.
16
Предельно допустимая величина износа называется критерием
⋅
π
износа или критерием затупления. Для каждого инструмента и вида
обработки критерии износа приводятся в специальных таблицах.
Например, допускаемая величина износа при обработке стали для токарных резцов с пластинками твёрдого сплава от 0,8 до 1 мм, для резцов из быстрорежущей стали и при работе с охлаждением
от 1,5 до 2 мм.
Влияние смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) на
процесс резания характеризует обработку материалов резанием,
поскольку СОЖ оказывает значительное и благоприятное влияние
на процесс резания и качество обрабатываемой поверхности. СОЖ
облегчает стружкообразование, уменьшает явление нароста, коэффициент трения, уменьшает силы резания, увеличивает стойкость режущего инструмента, позволяет получить меньшую шероховатость
и повышенную точность обрабатываемого изделия.
Выбор режимов резания имеет большое значение для высоко-
производительной работы. С этой целью следует назначать передельные режимы резания, но их величина ограничивается стойкостью
и прочностью режущего инструмента. По этой причине необходимо
выбирать такие оптимальные значения параметров режима резания,
при которых обеспечиваются заданная стойкость инструмента и наибольший экономический эффект. Для каждого вида
механической обработки материалов резанием составлены специальные таблицы, в которых приводятся рекомендуемые значения параметров режимов
резания, эмпирически определённые.
Порядок выбора их следующий. Сначала в зависимости от припуска, прочности и жёсткости станка, инструментов и приспособления выбирают глубину резания. Далее по таблицам в зависимости от
требуемой чистоты обработки подбирают подачу
. И, наконец, в соответствии с заданной стойкостью по формулам и соответствующим
таблицам находят скорость резания. Зная скорость резания, определяют число оборотов n, об/мин, по формуле
1000,V
=
n
⋅
(1.9)
D
где V – скорость резания, м/мин; D – диаметр обрабатываемой заготовки или инструмента, мм; π = 3,14, устанавливают ближайшее,
меньшее значение из чисел оборотов станка.
Производительность труда тем выше, чем меньше время на обработку одной детали (штучное время). Оно складывается из основного и вспомогательного времени, времени на обслуживание, а также
17
на отдых и естественные надобности. Вспомогательное или ручное
L
время затрачивается на установку заготовки и снятие детали, подвод
и отвод инструмента, управление станком. Время на обслуживание
включает затраты времени, отнесенные к одной детали, на смену инструмента, подготовку и уборку станка и др.
Основное или машинное время – это продолжительность
работы (в минутах) механизмов станка при выполнении данной операции
T
маш
=
,
(1.10)
nS
где L – длина пути, проходимого инструментом, состоящая из длины
обрабатываемой поверхности, величины врезания и выхода инструмента, мм; n – число оборотов заготовки или инструмента в минуту,
об/мин; S – подача, мм/об.
Снижение машинного времени, а значит, и повышение производительности можно получить за счет применения более качественных
инструментальных материалов, подачи
, а также за счет улучшения
геометрических параметров режущей части инструмента.
1.4. МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
В зависимости от применяемых инструментов и способа выполнения основных движений в процессе резания различают разные методы обработки материалов резанием на металлорежущих станках.
Схематичное изображение наиболее широко применяемых в промышленном производстве методов представлено на рис. 1.7.
Точение представляет собой обработку режущим инструментом
внутренних и наружных поверхностей заготовок, имеющих форму тела вращения: цилиндрических, конических, фасонных (сложной геометрической формы) (рис. 1.7, а).
Движения резания при обработке на токарных станках:
– главное движение – вращательное движение заготовки, получаемое от шпинделя станка;
– подача (продольная, поперечная, под углом к оси заготовки) –
прямолинейное
поступательное перемещение суппорта станка с закреплённым на нём инструментом; продольная и поперечная подачи
могут быть как автоматическими, так и ручными, а подача под углом
может осуществляться только вручную.
18
S
а б в
г д
е ж
Рис. 1.7. Методы механической обработки материалов резанием:
а – точение; б – сверление; в – поперечное строгание; г – продольное
строгание; д – плоское шлифование; е – круглое шлифование;
ж – фрезерование; V – скорость резания; S – подача
Основные операции, выполняемые при обработке на токарных
станках (рис. 1.8):
– обтачивание – это обработка наружных поверхностей загото-
вок, имеющих форму тел вращения, выполняемая проходными резцами;
19
– растачивание (глухое, сквозное) – это обработка внутренних
полостей (отверстий), имеющих форму тела вращения, выполняемая
расточными резцами;
– подрезание – это обработка заготовки с торца при поперечной
подачи инструмента с целью уменьшения длины заготовки, получения и обработки выступов с торца заготовки, выполняемая подрезными, упорными или торцовыми резцами;
– резка – это обработка с
целью разделения заготовки на части,
нарезания пазов, канавок, выемок или отделения готовой детали
от заготовки-прутка;
– нарезание резьбы (наружной и внутренней) – получение и обработка разнообразной резьбы на наружных и внутренних поверхностях заготовки, выполняемые резьбовыми резцами, а также лерками
или плашками (наружная резьба) и метчиками (внутренняя резьба); на
токарных
станках можно нарезать метрические (шаг резьбы измеряется в миллиметрах, а угол при вершине резца ε = 600), дюймовые
(шаг резьбы характеризуется числом ниток, приходящихся на один
дюйм), модульные (шаг резьбы выражается через модуль) и питчевые
(шаг резьбы выражается через питч) резьбы;
– обработка фасонных поверхностей – получение и обработка
криволинейных поверхностей заготовок,
имеющих форму тела вра-
щения, выполняемые фасонными резцами;
– сверление, зенкерование, развёртывание – получение и обработка отверстий с торца заготовки, выполняемая свёрлами, зенкерами, развёртками, которые устанавливается в пиноль задней бабки;
– нанесение рифлений (хонингование) – нанесение рисок (царапин) на поверхностях заготовки, выполняемое с помощью хонинговальной головки.
Обработка конических поверхностей на
токарных станках мо-
жет быть произведена следующими способами:
– широким резцом – используется при обработке конуса с образующей, не превышающей по длине примерно 20 мм;
– поворотом верхних салазок суппорта – длина образующей конуса ограничена длиной хода верхних поворотных салазок, а угол поворота верхних салазок суппорта α можно устанавливать от 0 до 600;
– смещением корпуса задней бабки – используется при обработке длинных и пологих конусов, при этом смещение центра задней
бабки не рекомендуется принимать больше 10 мм;
– с помощью конусной линейки – используется при изготовлении конусов с углом уклона до (10…12)º; этот способ более удобен по
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]