Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология машиностроения. Точность механической обработки. Учебное пособие
.pdf
3. Выполнить проверку условия достижения требуемой точности об-
работки цилиндрической поверхности d по 10 квалитету и сделать вывод по результатам проверки.
Пример выполнения работы
1. В соответствии с номером варианта, выданным преподавателем,
определяем исходные данные по табл. П2.1.
Диаметр
Материал детали
Сталь углеродистая
конструкционная
качественная
заготовки d,
мм
100 160 1
1.1. Изображаем эскиз заготовки (рис. 4.10).
1.2. Определяем размеры поверхностей:
= l + 40 = 160 + 40 = 200 (мм);
l
1
= d – 15 = 100 – 15 = 85 (мм).
d
1
2. Рассчитываем величину погрешности формы (конусообразности)
при обтачивании наружной цилиндрической поверхности d токарными
проходными прямыми резцами с режущей частью из твердого сплава
Т30К4, быстрорежущей стали Р9К5, эльбора.
Длина
обрабатываемой
поверхности l,
мм
Дополнительный
путь резания
, км
L
доп
Рис. 4.10. Эскиз заготовки
71
2.1. По табл. П2.2 (см. приложение 2) для заданного материала заго-
товки (сталь углеродистая конструкционная качественная) выбираем
значение подачи для каждой марки материала режущей части резцов:
твердый сплав Т30К4, S = 0,04 мм/об;
быстрорежущая сталь Р9К5, S = 0,06 мм/об;
эльбор, S = 0,04 мм/об.
2.2. Рассчитаем длину пути резания для каждого из резцов по формуле (4.18):
– для резца с режущей частью из твердого сплава Т30К4:
dl
L
1000 1000 0,04 40
3,14 100 160 50 240
S
1256 м 1,256 км;
– для резца с режущей частью из твердого сплава Р9К5:
dl
L
1000 1000 0,06 60
3,14 100 160 50 240
S
837 м 0,837 км;
– для резца с режущей частью из эльбора:
dl
L
1000 1000 0,04 40
3,14 100 160 50 240
S
1256 м 1, 2 56 км.
2.3. Рассчитаем размерный износ режущей части на длине резания
для каждого резца.
2.3.1. По табл. П2.2 (приложение 2) для заданного материала заго-
товки (сталь углеродистая конструкционная качественная) выбираем
значение относительного износа для каждой марки материала режущей
части резцов:
твердый сплав Т30К4, U = 8,1 мкм/км;
быстрорежущая сталь Р9К5, U = 6,5 мкм/км;
эльбор, U = 3,0 мкм/км.
2.3.2. Рассчитаем размерный износ режущей части на длине резания
для каждого резца по формуле (2.11):
– для резца с режущей частью из твердого сплава Т30К4:
()
ULL
666
10 10 10
0 доп
U
8,1(1256 1000 10 ) 18273,6 10
33
18,274 мкм;
72
– для резца с режущей частью из твердого сплава Р9К5:
()
ULL
666
10 10 10
0 доп
U
6,5(837 1000 10 ) 11940,5 10
33
11, 941 мкм;
– для резца с режущей частью из эльбора:
()
ULL
666
10 10 10
0 доп
U
3,0(1256 1000 10 ) 6768 10
33
6,768 мкм.
2.4. Рассчитаем разность диаметров на концах обрабатываемой поверхности (погрешность формы) для каждого резца:
– для резца с режущей частью из твердого сплава Т30К4:
2 2 18, 274 36,548U
мкм;
– для резца с режущей частью из твердого сплава Р9К5:
2 2 11,941 23,882U
мкм;
– для резца с режущей частью из эльбора:
2 2 6,768 13,536U
мкм.
3. Выполняем проверку на достижение требуемой точности обработки.
3.1. По ГОСТ 25347–2013 (ISO 286-2:2010) определяем величину до-
пуска по 10-му квалитету для заданного диаметра заготовки d = 100 мм:
Т = 140 мкм.
3.2. Проверяем выполнение условия обеспечения точности для каждого из резцов:
твердый сплав Т30К4 – Δ = 36,548 мкм < Т = 140 мкм;
быстрорежущая сталь Р9К5 – Δ = 23,882 мкм < Т = 140 мкм;
эльбор – Δ = 13,536 мкм < Т = 140 мкм.
3.3. Вывод требуемая точность обеспечивается для всех трех случаев.
73
Контрольные вопросы для самоподготовки
1. Чем отличается износ режущего инструмента от изнашивания?
2. Какие процессы изнашивания инструмента происходят при резании?
3. Какой вид износа инструмента принимают за критерий при точении и почему?
4. Что такое относительный износ режущего инструмента?
5. Как размерный износ режущего инструмента влияет на параметры
детали?
РАБОТА № 4
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ТОЧНОСТЬ
ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Цель работы: приобретение практических навыков по оценке вли-
яния теплоты, образующейся в зоне стружкообразования, на точность
формообразования при резании и при выборе режима обработки с учетом погрешностей, обусловленных тепловыми деформациями режущего инструмента. Практическая работа рассчитана на два академических часа.
Теоретические сведения
При обработке резанием практически вся механическая работа резания (примерно 99,5 %) от силового взаимодействия инструмента и детали переходит в теплоту. На рис. 4.11 показаны источники образования
теплоты и их расположение в зоне резания.
Известно [4], что общее количество теплоты Q при резании можно
определить с помощью выражения
где
QQ Q Q
дтптз
– теплота, эквивалентная работе деформации и разрушения
Q
д
, (4.19)
в зоне резания (заштрихованные области) в переходной пластически деформированной области I, в зоне трения стружки о переднюю поверхность резца II и в зоне трения задней поверхности режущего инструмента об обработанную поверхность детали III (рис. 4.11));
74
Q
тп
– теп-
лота, эквивалентная работе трения на передней поверхности инструмента (на стыке трения поверхности контакта инструмента со стружкой);
– теплота, эквивалентная работе трения на задней поверхно-
Q
тз
сти инструмента (на поверхности контакта инструмента с деталью).
Рис. 4.11. Расположение источников теплоты:
I – интенсивная деформация стружки; II – зона тре-
ния стружки о переднюю поверхность резца;
III – зона трения задней поверхности режущего ин-
струмента об обработанную поверхность детали
в зоне резания (стрелками показано направления
тепловых потоков)
Теплота в результате теплообмена в зоне резания передается детали
Q
дет
, стружке
Q
, инструменту
стр
и окружающей среде
Q
инс
Q
ср
.
Уравнение теплового баланса (под тепловым балансом при резании
понимают равенство теплоты, выделяющейся в зоне резания, и теплоты,
удаляемой из нее за тот же промежуток времени) имеет вид
QQ Q Q Q Q Q
д тп тз дет стр инс ср
. (4.20)
Интенсивность выделения теплоты и распределение тепловых потоков между стружкой, деталью и инструментом зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания, заданных технологом. Особенно большое влияние на распределение теплоты
оказывает скорость резания.
75
Например, при резании стали 40Х в интервале скоростей резания
от 2 до 4 м/с. В стружку поступает 65…80 % теплоты резания, в заготовку – 20…35 %, в инструмент – примерно 1…2 % (рис. 4.12) [4].
Рис. 4.12. Распределение теплоты Q между стружкой,
деталью и инструментом при точении:
сталь 40Х, инструмент Т6К10; S = 0,12 мм/об, t = 1,5 мм
При применении смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) до 25 %
теплоты может отводиться в окружающую среду
Q
ср
.
Тепловые процессы при резании и температура в зоне стружкообразования оказывают влияние на все технико-экономические и технологические показатели обработки. С повышением температуры резания снижается период стойкости режущего инструмента (Т) и производительность обработки, увеличивается себестоимость изготовления деталей.
Температура контактных поверхностей инструмента и детали отражается на качестве
обработанной поверхности: параметре шероховатости поверхности и характеристиках состояния поверхностного слоя.
Тепловые деформации элементов технологической системы влияют на
точность формообразования, что необходимо учитывать при окончательной обработке.
Рассмотрим тепловые деформации режущего инструмента на при-
мере обтачивания цилиндрической поверхности.
76
При врезании инструмента в заготовку и на начальном этапе резания
p
происходит быстрое повышение температуры резца. Затем ее рост замедляется, и через непродолжительный промежуток времени (период
теплонасыщения) наступает состояние теплового равновесия.
Нагрев инструмента вызывает его тепловое расширение и, как следствие, изменение геометрических размеров, в том числе увеличивается
длина консольной части
Характерное увеличение вылета резца из резцедержателя
при обработке участка поверхности
резца (вылет резца из резцедержателя
()l
показано на рис. 4.13 [4].
.)tL
()
L
СТ
t
Рис. 4.13. Увеличение вылета резца из резцедержателя (ΔL
поверхности (l
) при обработке участка
t
)
p
При обтачивании цилиндрической поверхности увеличение вылета
резца по мере повышения его температуры приводит к изменению первоначального расстояния от вершины резца до оси вращения заготовки.
В результате изменяется заданная глубина резания. При этом профиль
обработанной поверхности принимает вид вогнутой кривой, изображенной на рис. 4.14.
Отклонение профиля продольного сечения
(погрешность
ф
формы) обработанной поверхности определяется отношением
dd
max min
ф CТ
2
77
. (4.21)
L
t
Рис. 4.14. Образование погрешности формы (Δф) обработанной
поверхности, вызванной тепловой деформацией инструмента
Для приближенного определения приращения вылета резца при
установившемся тепловом состоянии технологической системы используют эмпирическую зависимость [7]:
CL
LtSV
CT
tb
t
kHB
0,75 0,5
() ,
(4.22)
где
жавки резца, мм
– вылет резца, мм; НВ – площадь поперечного сечения дер-
L
t
2
;
– предел прочности материала заготовки, МПа;
b
t – глубина резания, мм; S – подача, мм/об; V – скорость резания, м/мин;
C – постоянная, численное значение которой зависит от условий обра-
ботки (в данной работе С = 1); k – коэффициент перевода, принимаемый
равным k = 9,81.
Погрешность формы цилиндрической поверхности, вызванную тепловыми деформациями инструмента
при назначении режима
,()2tL
СТ
обработки ограничивают определенной частью поля допуска на операционный размер:
где
LT
CT2td
– допуск размера обработанной поверхности; – часть поля до-
T
d
, (4.23)
пуска, которая отводится на погрешность формы обработанной поверх-
78
ности, вызванной тепловой деформацией резца (в данной работе прини-
x
x
мается = 0,8).
Скорость резания V в (4.22) определяется выражением [12]
C
V
tS
V
, (4.24)
ym
T
где
– постоянная, зависящая от условий обработки; x, y, m – показа-
С
V
тели, устанавливающие степень, влияния глубины резания (t), по-
дачи (S) и периода стойкости инструмента (Т) на скорость резания.
Постоянная
и показатели степеней в формуле (4.24) для расчета
С
V
скорости резания V назначаются из справочника [12].
Из элементов режимов резания наибольшее влияние на тепловые деформации инструмента оказывают подача и глубина резания.
Величина подачи S при чистовой обработке назначается с учетом
требований к шероховатости поверхности Ra или Rz.
Скорректированная глубина резания (t) при точении
наружных поверхностей деталей с учетом тепловых деформаций резца рассчитывается по формуле [7]
1
0,5
⎛⎞
THBT
⎜⎟
t
⎜⎟
CL С S
⎝⎠
d
в
t
m
0,5 0,75 0,5
V
y
0,75 0,5
. (4.25)
Формула (4.25) получена путем алгебраических преобразований за-
висимости (4.22) с учетом выражений (4.23) и (4.24).
Задания для самостоятельного выполнения работы
в аудитории
Для формообразования цилиндрической наружной поверхности детали с заданными параметрами шероховатости и точности размеров
назначить режимы резания с учетом погрешностей, обусловленных тепловыми деформациями инструмента.
Последовательность выполнения работы
1. Записать содержание задачи, исходные данные по варианту.
2. Изобразить эскиз детали с указанием размеров, требований по
точности и шероховатости поверхности в соответствии с вариантом
79
задания для самостоятельного выполнения. На эскиз детали нанести
L
L
контуры заготовки. Диаметр заготовки определить из приведенного
ряда чисел, соответствующих диаметрам сортового проката круглого
поперечного сечения по ГОСТ 7417–75: 20, 25, 34, 36, 40, 41, 44, 60, 65,
70, 80, 90, 100, 120, 130, 140, 160, 200, 220, 250.
3. Выбрать оборудование (с учетом размеров деталей), подобрать
тип режущего инструмента (исходя из конфигурации и материала детали).
4. Для заданных условий обработки определить увеличение
резца
, используя зависимость (4.22).
CTt
вылета
Элементы режима резания V, S, t, входящие в зависимость (4.22),
назначить в следующем порядке.
4.1. Выбрать величину подачи S из условия обеспечения заданной
шероховатости Ra обработанной поверхности (приложение 3, табл. П3.2).
4.2. Определить глубину резания t. Формообразование цилиндриче-
ской поверхности осуществляется за один проход.
4.3. Определить скорость резания V, соответствующую значениям
подачи S и глубины резания t (пп. 4.1, 4.2), и периода стойкости режущего инструмента Т (см. исходные данные варианта задания), по формуле (4.24).
4.4. Рассчитать длину консольной части резца (вылет резца из резцедержателя
Длину вылета резца
.)
t
необходимо делать как можно меньше с
L
t
целью повышения прочности и жёсткости державки резца, но таким,
чтобы обрабатываемая деталь не задевала за резцедержавку и на нее
не наматывалась стружка. Необходимо также, чтобы длина вылета резца
обеспечивала возможность наблюдения за процессом резания.
L
t
5. Проверить выполнение условия (4.23) и сделать выводы о влиянии тепловых деформаций режущего инструмента на точность обработки.
Если данное условие выполняется, т. е. расчетное значение
L
CT t
не превышает допустимую величину погрешности формы от воздействия теплоты резания, то точность на размер обеспечивается.
Если данное условие не выполняется, необходимо изменить режимы
обработки. В этом случае нужно:
– принять величину подачи S равной назначенному ранее значению
(см. п. 4.1), которое удовлетворяет условию обеспечения заданной шероховатости Ra обработанной поверхности;
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]