1.9. Лабораторная работа № 9 «Изнашивание инструмента»

Изнашивание инструмента – процесс постепенного разрушения поверхностных слоев инструмента при трении о материал.

Изнашивание инструмента происходит в основном в результате многократной упругой деформации. Сопротивление инструмента изнашиванию _j, т.е. отношение работы трения к объему изношенного слоя, как и удельная энергия разрушения вообще, зависит от теплового состояния трущихся поверхностей.

В результате изнашивания инструмента по задней поверхности образуется новая поверхность, форма которой определяется формой поверхности резания (рис. 9.1). Износ задней поверхности характеризуется величиной h_з, равной ширине поверхности, образующейся в результате изнашивания (Рис. 9.1.).

Рис. 9.1. Износ инструмента

Чтобы разрушить некоторый объем инструмента на задней поверхности dW необходима энергия dA

dA = _j ·dW = _j·b·h₃·dx = _j·b·h₃·dh /(ctg α - ctg δ),

где b – ширина срезаемого слоя,

h₃ – износ задней поверхности,

 – задний угол, град.,

 – угол резания, град.

Эта энергия равна работе трения задней поверхности инструмента о материал

dA = L·dP = v·T·τ·b·dh

где  – напряжение сдвига на поверхности контакта, ГПа,

v – скорость резания, м/мин,

Т – время резания, мин.

Износ задней поверхности равен

,

Увеличение износа инструмента вызывает уменьшение точности размеров изделия, увеличение шероховатости обработанной поверхности изделия, а также увеличение активной составляющей силы резания

,

где  – сопротивление резанию, ГДж/см³,

а – толщина срезаемого слоя, мм.

Если первая производная активной составляющей силы резания по времени резания равна

,

а первая производная износа инструмента по задней поверхности по времени резания

,

то напряжение сдвига на поверхности контакта равно

,

а сопротивление инструмента изнашиванию

Задача лабораторной работы

Установить влияние времени резания на износ инструмента и активную составляющую силы резания.

Построить графики зависимостей износа инструмента и активной составляющей силы резания от времени резания.

Определить сопротивление инструмента изнашиванию.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на токарно-винторезном станке резцом из быстрорежущей стали Р6М5. Измерение износа инструмента по задней поверхности h_з и активной составляющей силы резания P_z производятся через установленные промежутки времени Т.

Форма отчетности

Установленные значения износа и силы заносятся в протокол №9 (см. приложение) и строят графики зависимости износа инструмента h_з и активной составляющей силы резания P_z от времени Т.

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется износ инструмента?

2. Как влияет на износ инструмента время резания?

3. Как влияет на активную составляющую силы резания время резания?

4. Что такое сопротивление изнашиванию?

1.10. Лабораторная работа № 10

«Качество изделия»

Качество изделия – совокупность параметров резания, характеризующих состояние изделия, достигнутое в результате резания. К числу этих параметров относятся: шероховатость обработанной поверхности, точность размеров, точность формы, остаточные деформации в поверхностном слое, остаточные напряжения в поверхностном слое и другие.

Шероховатость обработанной поверхности – отклонение фактического профиля поверхности от номинального. Если производящая линия является копией образующей исходной инструментальной поверхности, то шероховатость обработанной поверхности определяется шероховатостью режущей кромки. Если производящая линия является следом движения точки режущей кромки на исходной инструментальной поверхности или огибающей последовательных положений профиля исходной инструментальной поверхности или касательной к следу циклического движения точки режущей кромки, то срезается не весь слой с площадью номинального сечения f_н, а только его часть с площадью действительного сечения f_д. Часть слоя с площадью остаточного сечения f_o = f_н – f_д остается на обработанной поверхности изделия, образуя ее рельеф. Высота остаточного сечения срезаемого слоя определяется величиной подачи и геометрией инструмента. Так, например, при точении резцом с радиусом при вершине r = 0, высота остаточного сечения срезаемого слоя равна (рис. 10.1)

,

а при точении резцом с радиусом r > s

.

При фрезеровании цилиндрической фрезой диаметром D_ф высота остаточного сечения срезаемого слоя, как установлено В.Л. Чебышевым, равна

,

где S_z – подача на 1 зуб фрезы.

Шероховатость обработанной поверхности изделия характеризуется средним арифметическим отклонением профиля R_a и высотой шероховатостей R_z.

Среднее арифметическое отклонение профиля R_a – среднее значение расстояния точек фактического профиля изделия от его средней линии Y_i, равное

,

где – базовая длина, т.е. длина участка поверхности, на котором происходит измерение (рис. 10.2)

Высота неровностей R_z – среднее расстояние между пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин в пределах базовой линии

или средняя высота пяти наибольших неровностей

.

Предусмотрено 14 классов шероховатости поверхности. Шкала R_a предусмотрена для классов 6…12, а шкала R_z для классов 1…5, 13 и 14. Допускается измерение шероховатости классов 6…12 по параметру R_z, а классов 1…5, 13 и 14 по параметру R_a.

Рис. 10.1. Высота остаточного сечения срезаемого слоя

Рис. 10.2. Среднее арифметическое отклонение профиля и высота неровностей

Обработка материалов резанием лезвийным инструментом обеспечивает получение поверхностей изделий с шероховатостью 4…9 класса.

Класс шероховатости	Ra, мкм	Rz, мкм
4 5	10 5	40 20
6 7 8 9	2,5 1,25 0,63 0,32	10 6,3 3,2 1,6

Точность размеров – отклонение фактических размеров изделия от номинальных.

Точность размеров определяется ошибками при установке инструмента относительно материала, тепловыми деформациями деталей станка, размерным износом инструмента и др.

Точность размеров изделия характеризуется квалитетом. Установлено 19 квалитетов ISO (IT01, IT0, IT1,…IT17). Обработка резанием обеспечивает получение изделия 5…12 квалитета.

Квалитет	IT5	IT6	IT7	IT8	IT9	IT10	IT11	IT12
Допуск	7i	10i	16i	25i	40i	64i	100i	160i

где i – единица допуска, равная

, мкм

где D – размер изделия, мм.