МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Тернопільський національний технічний

університет імені Івана Пулюя

Кафедра

конструювання верстатів

інструментів та машин

Методичні

ВКАЗІВКИ І ЗАВДАННЯ

для виконання лабораторних робіт

з курсу «Теорія різання металів»

для студентів спеціальностей

7.090203, 7.090202

денної та заочної форми навчання

Тернопіль-2010

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Тернопільський національний технічний

університет імені Івана Пулюя

Кафедра

конструювання верстатів

інструментів та машин

МЕТОДИЧНІ

ВКАЗІВКИ І ЗАВДАННЯ

для виконання лабораторних робіт

з курсу «Теорія різання металів»

для студентів спеціальностей

7.090203, 7.090202

денної та заочної форми навчання

ТЕРНОПІЛЬ - 2010

Укладачі:	к. т. н., проф. Кривий П. Д.
	інж. Чорний Р.П.
Рецензент:	к.т.н., Дичковський М. Г.
Відповідальний за випуск:	к. т. н., проф.. Кривий П. Д.

Методичні вказівки розглянуто і схвалено на засіданні кафедри конструювання верстатів інструментів та машин.

Протокол № від 2010 р.

Методичні вказівки рекомендовано до друку методичною радою Механіко-технологічного факультету.

Протокол № від 2010 р.

Лабораторна робота № 1

Тема: Геометричні параметри різальної частини основних типів різців.

Мета роботи : Вивчити види лезової обробки різцями, класифікацію різців, терміни і буквені позначення елементів і характеристики обробки деталей різцями, вивчити геометрію різців різних типів, ознайомитись з приладами, що служать для вимірювання геометричних параметрів різців і правилами виконання робочих креслень різців. Вивчити інструментальні матеріали, що застосовуються для виготовлення різців.

Зміст роботи

Ознайомлення з основними типами різців, вимірювання геометричних параметрів і складання робочих креслень різців.

Короткі теоретичні відомості

1. Інструментальні матеріали

Різальний інструмент цілком або частково виготовляють з інструментальних матеріалів, до яких ставляться особливі вимоги. Щоб різальна частина інструменту могла врізатись в поверхню заготовки, її твердість повинна бути вищою від твердості оброблюваного матеріалу.

Оброблюваний матеріал чинить опір проникненню різальної частини інструменту в зрізувальний шар, створює тиск на передню поверхню інструменту, намагаючись зігнути, чи зламати його. Тому матеріал, з якого зроблений інструмент повинен мати достатньо високу міцність.

Різальні леза під дією ударних навантажень не повинні давати тріщин і викришуватись, а тому матеріал різальної частини має бути достатньо в'язким.

При різанні виникають питомі тиски на робочих поверхнях інструментів, які приводять до створення сил тертя між стружкою і передньою поверхнею різального леза інструмента, а також внутрішні сили тертя частин деформованого матеріалу. Ці сили тертя є джерелами утворення тепла в процесі різання. Одночасна дія тепла і контактних напружень приводить до виходу з ладу металорізальних інструментів. Тому інструментальні матеріали повинні бути зносостійкими при високій температурі на протязі тривалого часу, тобто мати високу червоностійкість.

Інструментальні матеріали поділяють на: інструментальні сталі, тверді сплави, надтверді інструментальні матеріали, абразивні матеріали.

Інструментальні сталі поділяють на вуглецеві, леговані та швидкорізальні.

Вуглецеві інструментальні сталі При маркуванні позначаються буквою У, цифра після букви вказує на вміст вуглецю в десятих долях процента, а буква А після цифри - на те, що сталь високоякісна і має вміст сірки і фосфору не більше 0,03% кожного. Промисловість випускає вуглецеві сталі марок У7, У7А, У 8, У8А, ... У13А. Марки У7 - У10А використовуються для виготовлення молотків,зубил, пил, ножів, ножиць, із сталей марок У 11 - У13А - виготовляють плашки і ручні мітчики, напилки, надфілі та ін. Основними властивостями цих сталей є твердість після термічної обробки (HRC 60-65), червоностійкість (теплостійкість) 200-250°С, допустима швидкість різання при обробці вуглецевих конструкційних сталей 10-15 м/хв..

Леговані інструментальні сталі. Їх основу складають вуглецеві інструментальні сталі, леговані хромом X, вольфрамом В, ванадієм Ф, кремнієм С, марганцем Г, молібденом М та іншими легуючими елементами. Після термообробки леговані сталі мають твердість (HRC 62-64), червоностійкість (теплостійкість) 250-300°С, допустиму швидкість різання при обробці вуглецевих конструкційних сталей 15-20 м/хв.

Леговані сталі в порівнянні з вуглецевими мають підвищену в'язкість в загартованому стані, меншу здатність до появи тріщин і деформацій при термообробці, більш високу прогартованість.

Інструментальні леговані сталі виготовляють хромистими (Х9), хромокремні-євими (ХС, 9ХС, 4ХСА), хромомарганцевими (ХГ), хромовольфрамовими (ХВ5, ЗХВ8), хромованадієвими (Х12Ф1 ), хромонікелевими (12ХНЗА) та ін.

Перші цифри в позначенні марки сталі вказують середній вміст вуглецю в сотих долях процента (у швидкорізальних сталях у десятих долях процента). Цифри, які стоять після літер, вказують на приблизний вміст даного легуючого елемента в процентах (при вмісті елемента менше 1% цифра не ставиться). Буква А в кінці марки означає, що сталь високоякісна. Із сталі цих марок виготовляють мітчики, плашки, розвертки, фасонні різці, свердла.

Швидкорізальні сталі можуть мати 8,5-18% вольфраму, 3,8-4,4% хрому, 2-10% кобальту і ванадію, 0,5-5,5% молібдену. Для виготовлення різальних інструментів використовують сталі Р9, Р12, Р18, Р6МЗ, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, Р9М4К8. Різальний інструмент після термообробки має твердість (HRC 62-65), підвищену зносостійкість, теплостійкість 600-63 0°С і може працювати з швидкостями до 50 м/хв при обробці вуглецевих конструкційних сталей.

Сталь Р9 рекомендують для виготовлення інструментів простої форми (різці, фрези, зенкери). Для фасонних, складних інструментів, які повинні мати високу зносостійкість використовують сталь Р18.

Кобальтові швидкорізальні сталі (Р9К5, Р18К5Ф2, Р9К10) застосовують при обробці деталей з важкооброблюваних, корозійностійких, жаростійких сталей і сплавів, в умовах важкого перервного різання, вібрацій, при поганих умовах охолодження.

Ванадієві швидкорізальні сталі (Р9Ф5, Р14Ф5) рекомендують для виготовлення інструментів призначених для чистової обробки (протяжки, розвертки, шевери), а також важкооброблювальних матеріалів при зрізанні стружок з малим поперечним січенням.

Вольфрамомолібденові сталі (Р9М4, Р6МЗ, Р6М5) використовують для виготовлення інструментів, працюючих в умовах чорнової і чистової обробки, (протяжок, довбяків, шеверів, фрез та інших інструментів).

Тверді сплави поділяють на металокерамічні, мінералокерамічні і кермети.

Металокерамічні тверді сплави - це твердий розчин карбідів вольфраму, титану, танталу (WC,TiC,TaC) в металевому кобальті (Со). Тверді сплави використовують у вигляді пластинок певних форм і розмірів, виготовлених порошковою металургією. Їх попередньо спресовують а потім зпікають при температурі 1500-1900°С.

Пластинки твердого сплаву мають твердість HRA 86-92, високу зносостійкість і червоностійкість (800-1000°С), що дозволяє вести обробку з швидкостями до 800 м/хв. Ці пластинки припаюють до державок інструментів мідними (латунними) припоями або кріплять механічним способом.

Тверді сплави ділять на групи : вольфрамову, яка позначається ВК, наприклад, ВК2, ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4В, ВК6, ВК60М, ВК8, ВК8В, ВК10М, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамову, відповідно - Т5К10, Т5К12, Т15К6, Т14К8, ТЗОК4, Т5К12В; і титано-тантало-вольфрамову -(ТТК) - ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ10К8В.

Вольфрамові тверді сплави (однокарбідні) використовують для обробки деталей з чавуну, кольорових металів та їх сплавів, неметалевих матеріалів (технічної гуми, пластмас, скла). Буква В в марках цієї групи означає наявність карбіду вольфраму, буква К - кобальт, цифра ,що стоїть після букви, вказує на процентний вміст кобальту. Наприклад,ВК6-6% кобальту, а решта - 94% карбід вольфраму.

Титановольфрамові тверді сплави (двокарбідні) використовують для обробки всіх видів сталей. Буква Т і цифра після неї вказують на процентний вміст карбіду титану, буква К і цифра після неї відповідно на процентний вміст кобальту, решта - карбід вольфраму. Наприклад Т15К6 -15% карбіду титану, 6% кобальту, 79% карбіду вольфраму.

Титано-тантало-вольфрамові тверді сплави (трикарбідні) відрізняються від інших підвищеною зносостійкістю, міцністю і в'язкістю. Ці сплави використовують для обробки важкооброблюваних сталей. Букви ТТ і цифра після них вказують на сумарний процентний вміст карбідів титану і танталу, буква К і цифра після неї - процентний вміст кобальту, решта карбід вольфраму. Наприклад ТТ7К12 - 7% карбідів титану і танталу, 12% кобальту і 81% карбіду вольфраму.

По структурі тверді сплави поділяються на: великозернистої структури і позначаються буквою В, дрібнозернистої - М, особливо дрібнозернистої -ОМ, середньої зернистості - позначення не мають. Букви В, М, ОМ ставлять в кінці марки сплаву (ВК8В, ВК60М, ВКЗМ).

Дрібнозернисті та великозернисті сплави групи ВК використовують для виготовлення інструментів, якими обробляють заготовки з нержавіючих, жароміцних і титанових сплавів в умовах пульсуючих навантажень.

Для обробки важкооброблюваних металів використовуються тверді вольфрамокобальтові сплави групи ОМ: ВК6-ОМ - для чистової обробки, а ВК1О-ОМ і ВК15-ОМ- для напівчистової і чорнової обробки.

Для підвищення міцності пластинок з твердого сплаву використовують зносостійкі покриття з карбідів, нітридів і карбонідів титану, танталу і ніобію, які наносяться на поверхню у вигляді тонкого шару товщиною 5-10 мкм. Стійкість покритих пластин в середньому в 1,5-3 рази вища стійкості звичайних, швидкість різання ними збільшується на 25-80%, але ефективність покриття зменшується в важких умовах різання, коли спостерігаються викришування і сколювання поверхонь пластини,.

Промисловістю освоєні економічні безвольфрамові тверді сплави на основі карбіду титану і ніобію, карбонідів титану на нікелемолібденовій зв'язці. Застосовують безвольфрамові тверді сплави марок ТМ1, ТМЗ, ТН-20, ТН-30, КНТ-16. При обробці на високих швидкостях різання на поверхні цих сплавів утворюється оксидна плівка, яка виконує роль твердої змазки, що забезпечує підвищення окалиностійкості, зносостійкості і зменшує шорсткість обробленої поверхні. Разом з тим безвольфрамові тверді сплави мають нижчу ударну в'язкість і теплопровідність, а також стійкість до ударних навантажень в порівннні з сплавами групи ТК. В зв'язку з вищесказаним ці безвольфрамові тверді сплави доцільно використовувати при напівчистовій і чистовій обробці конструкційних і низьколегованих сталей та кольорових металів.

Мінералокераміка - синтетичний матеріал, в основі якого полягає глинозем (АІ₂Оз) який спресовують у пластини і зпікають при температурі 1720-1750°С. Мінералокераміка марки ЦМ-332 (HRA 91-93) має червоностійкість 1200°С і дозволяє працювати на швидкостях до 3700 м/хв при чистовій обробці, враховуючи високу зносостійкість, її застосовують для виготовлення інструментів, до яких ставляться підвищені вимоги по розмірній стійкості. До недоліків мінералокераміки слід віднести низьку міцність, велику крихкість, незручності при кріпленні пластинок до державки інструменту. При механічному кріпленні під пластинку необхідно ставити підложку, а для того, щоб припаяти пластинку, її необхідно попередньо металізувати. Різці з пластинками з мінералокераміки використовують головним чином для напівчистової та чистової обробки чавунів, мідних та алюмінійових сплавів.

Керметами називають оксидно-карбідні сполуки з оксиду алюмінію і 30-40% карбідів вольфраму і молібдену, або молібдену і хрому та тугоплавких зв'язок. Додані до металокераміки метали і карбіди металів покращують її фізико-механічні властивості і понижують крихкість. Це дозволяє збільшити продуктивність за рахунок підвищення швидкості різання. Напівчистова і чистова обробка деталей з сірих, ковких чавунів, важкооброблюваних сталей, деяких кольорових металів і сплавів проводиться із швидкістю різання 435-1000 м/хв без мастильно-охолоджувальних рідин. Керметам властива висока теплостійкість.

Абразивні матеріали - це дрібнозернисті порошкові речовини (хімічні сполуки елементів), які використовують для виготовлення абразивних інструментів, шліфувальних кругів, сегментів, брусків, шліфшкірок, полірувальних паст. Вони поділяються на природні та штучні.

Природні матеріали. Алмаз природний складається з чистого вуглецю, який має спеціальну кристалографічну будову , з невеликою кількістю домішок, позначається буквою А. В промисловості використовують технічний алмаз (А1,А2,АЗ,А5,А8). Він відрізняється високою твердістю, теплопровідністю, високим модулем пружності, малими коефіцієнтами лінійного та об'ємного розширення, малою схильністю до адгезії з металами, за виключенням заліза та його сплавів. Разом з тим він крихкий, має анізотропію (міцність кристала в різних напрямках може змінюватись до в 500 раз). При нагріванні більше 700-800°С алмаз переходить в графіт.

Корунд - складається з - модифікації АІ₂О₃. В основному використовується для обробки металу і скла вільними зернами, в меншій мірі для виробництва шліфувальних кругів і брусків для хонінгування.

Наждак містить 10-30% корунду зв'язаного з магнетитом, гематитом або шпинеллю. Область застосування та ж, що і в корунда.

Гранат - група мінералів з яких найбільш придатні для використання в абразивних цілях альмадин і піроп. Шліфзерно і шліфпорошки з цих речовин застосовують при виготовленні шліфувальної шкірки для обробки деревини, шкіри, пластмас, мікропорошки - для полірування виробів із скла.

Кремній - природний матеріал на основі кварцу. Для абразивного виробництва використовують кремній з вмістом не менше 92% Sі0₂ не більше 2% СаО і не більше 4% глинистих мінералів. З кремнію виготовляють шліфзерно і шліфпорошки, які використовують при виробництві шліфувальної шкірки або у виді вільних зерен при обробці деревини.

Штучні матеріали. Алмаз синтетичний - абразивний матеріал, який виготовляють з графіту при високих тисках і температурах. За фізичними властивостями синтетичний алмаз ідентичний природньому і не поступається йому по абразивній здатності. Синтетичний алмаз умовно позначається - AC (AC4, АС2, АС6, АС 15, 20, ЗО, 50), синтетичний алмаз полікристалічний відповідно -АР (АРВ 1-баласт, АРК4-карбонадо, АРСЗ-спеки).

Ельбор - синтетичний матеріал на основі кубічного нітриду бора ( BN ), позначається Л, ЛП, ЛО. Характеризується високою твердістю, теплопровідністю ( 1400-1500°С ), високим модулем пружності, низьким коефіцієнтом лінійного розширення, хімічною стійкістю до кислот і лугів, інертністю до заліза. При виробництві отримують ельбор з різними властивостями і будовою. З ельбору виготовляють всі види абразивного інструменту.

Карбід бору - складається з 84-93% кристалічного карбіду бора (В4С) і невеликою кількістю домішок бору, графіту. Характеризується високою крихкістю в зв'язку з чим його виготовляють у вигляді шліфматеріалів для обробки вільними зернами твердосплавного інструменту.

Карбід кремнію складається з - модифікації SiO. Випускається у вигляді зеленого і чорного карбідів ідентичних хімічних складів, які відрізняються кількістю домішок (у зеленого карбіду кремнію їх менше, тому чорний більш крихкий і має меншу абразивну здатність). З карбіду кремнію виробляють всі види абразивного інструменту. Марки умовно позначають: карбід кремнію зелений 62С, 63С, 64С; карбід кремнію чорний 52С, 53С, 54С.

Електрокорунд - штучний корунд, який виробляють у виді декількох різновидностей.

1.Нормальний електрокорунд з 93-95% корунду, решта - домішки, має високу твердість, міцність, в'язкість. Найбільше використання знаходить при обробці металів, в тому числі на обдирочних операціях. Марки умовно позначаються -nА 13А, 14А, 15А,  16А).

2.Білий електрокорунд складається з 98-99% корунду, решта - домішки. Використовують для виготовлення абразивного інструменту, шліфувальної шкірки, мікропорошків при обробці вільними зернами. Марки умовно позначаються -nА (22А, 23А, 24А, 25А).

3.Хромистий, титанистий, хромотитанистий електрокорунд, легований хромом, титаном, що покращує його абразивні властивості. Використовують для виготовлення всіх видів абразивного інструменту, забезпечуючи значне підвищення продуктивності праці при обробці конструкційних і вуглецевих сталей. Умовно позначається електрокорунд хромистий - 33А, 34А, електрокорунд титанистий - 37А, електрокорунд хромотитанистий - 91А, 92А.

4.Цирконієвий електрокорунд складається з корунду і окису цирконію. Використовується для виготовлення обдирочних кругів. На обдирочних операціях стійкість таких кругів приблизно в 40 разів вища стійкості кругів з електрокорунду. Позначається - 38А

5.Монокорунд має високі механічні і різальні властивості, використовується для обробки важкооброблювальних сталей і сплавів. Марки умовно позначаються 43А, 44А, 45А.

6.Сферокорунд складається з 99% АІ₂О₃ і домішок. Використовується при виготовленні шліфувальних кругів для обробки м'яких, в'язких матеріалів: кольорових металів, шкіри, гуми, пластмас.

7-Формокорунд складається з 80-87% АL₂О₃ до 1,5% Fе₂О₃ і домішок. Зерно корунда циліндричної (С) форми діаметром 1,2-2,8 мм. і призматичної (Р) форми шириною 1,2-2,8мм.,довжиною 3,8-8мм. Застосовують при виробництві абразивного інструменту для обдираючих робіт.