книги / Сборник задач и примеров по технологии машиностроения

УДК 621(076.2) Д81

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор В.И. Свирщев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

д-р техн. наук, профессор К.Р. Муратов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Дударев, А.С.

Д81 Сборник задач и примеров по технологии машиностроения : учеб.-метод. пособие / А.С. Дударев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – 94 с.

ISBN 978-5-398-02127-1

Изложены теоретические сведения, необходимые для выбора инструментального материала. Приведены восемь заданий с вариантами условий, примеры их выполнения, а также необходимые справочные материалы.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

УДК 621(076.2)

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сборник задач разработан в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки студентов, обучающихся по направлению «Конструкторско-технологичес- кое обеспечение машиностроительных производств». Этот сборник может быть использован в программе бакалавриата 15.03.05.52 «Технология, проектирование и автоматизация процессов машиностроения» при выполнении контрольных работ по дисциплине «Технология машиностроения», а также в магистерской программе 15.04.05.54 «Обеспечение эффективности технологических процессов жизненного цикла изделия» при выполнении контрольных работ по дисциплине «Современные проблемы инструментального обеспечения машиностроительных производств».

Данное пособие направлено на приобретение и закрепление студентами знаний о механической обработке различных обрабатываемых материалов и влиянии геометрии режущей части инструмента, режимов обработки на ее качество.

Пособие содержит восемь задач по разделам указанных дисциплин. К каждой из задач приведены примеры с подробным их решением и комментариями, касающимися технологических, конструкторских аспектов задач, которые решают при проектировании технологических процессов изготовления деталей машин.

При выполнении контрольной работы условия задач выбираются в соответствии с вариантом, указанным преподавателем; подробные решения представляются на проверку в печатном виде.

Для выполнения задач по назначению режущего инструмента с учетом технологических режимов обработки в приложениях к пособию приведены справочные материалы.

4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ВЫБОРА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Цель выполнения контрольных работ – научиться наиболее эффективно выбирать в зависимости от обрабатываемых материалов по справочным данным инструментальные материалы режущей части инструмента для разных условий механической обработки.

Справочные сведения об отечественных инструментальных материалах

Большинство металлорежущих инструментов представляют собой составные конструкции: рабочая часть изготовляется из инструментального материала, крепежная – из обычных конструкционных сталей (сталь 45, 50, 40Х или для тяжело нагруженных корпусов – сталь У10 (ГОСТ 1435–99) или 9ХС (ГОСТ 5950–2000)).

Исключение составляют малоразмерные или слесарные инструменты, изготовляемые целиком из инструментального материала, а также инструменты, изготовляемые из углеродистых инструментальных сталей (ГОСТ 1435–99) и легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950–2000).

Рабочую часть инструментов в виде пластин или стержней из быстрорежущей стали (ГОСТ 19265–73) соединяют с крепежной частью с помощью сварки или пайки. Эксплуатационные и технологические свойства и рекомендуемые области применения наиболее распространенных быстрорежущих сталей приведены в табл. 1.

Рабочую часть в виде пластин из твердых сплавов соединяют с крепежной частью с помощью пайки или специальных высокотемпературных клеев. Многогранные твердосплавные пластины закрепляют прихватами, винтами, клиньями и т.д.

Мелкоразмерные твердосплавные инструменты (концевые и дисковые фрезы, сверла, развертки и т.д.) изготовляют в виде припаиваемых к хвостовикам твердосплавных стержней и коронок или выполняют целиком из твердого сплава.

5

Таблица 1

Быстрорежущие стали для различных режущих инструментов

6

Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Твердые сплавы содержат зерна карбидов вольфрама, титана и тантала, а в качестве связки используется кобальт. Эти компоненты, приготовленные в виде порошка, смешивают, спрессовывают в пластины и затем спекают.

7

Однокарбидные твердые сплавы называются вольфрамокобальтовыми. Основными марками твердых сплавов вольфрамовой группы являются марки ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК4-М, ВК6, ВК6-М, ВК6-В,

ВК8, ВК8-В, ВК10, ВК10-ОМ (ГОСТ 3882–74) (ИСО 513-2014).

В обозначении марки твердого сплава этой группы буква В обозначает группу, буква К и число, следующее за ней, – процентное содержание кобальта, являющегося связывающим металлом. Массовая доля карбида вольфрама определяется разностью между 100 % и массовой долей кобальта. Буква М обозначает, что структура сплава мелкозернистая (ОМ – особо мелкозернистая), а буква В – то, что она крупнозернистая.

Двухкарбидные твердые сплавы (Т5К10, Т15К6) называются вольфрамотитановыми. Буква Т и цифра после нее обозначают массовую долю карбида титана в твердом сплаве, а буква К и цифра после нее – массовую долю кобальта, остальное – это массовая доля карбида вольфрама.

Трехкарбидные твердые сплавы (ТТ7К12, ТТ10К8) называются вольфрамотитанотанталовыми. Буквы ТТ и цифра после них обозначают массовую долю карбидов титана и тантала, цифра за буквой К – массовую долю кобальта, остальное – это массовая доля карбида вольфрама.

Безвольфрамовые твердые сплавы состоят из карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (КНТ-16 и ТН-20). Твердый сплав КНТ-16 состоит из карбонитрида титана TiCN (74 %), никеля Ni (19,5 %), молибдена Мо (6,5 %); твердый сплав ТН-20 – из карбида титанаTiC (79 %), никеля Ni (15 %), молибденаМо (6 %).

Марки твердых сплавов, разработанные в РФ, и рекомендуемые области применения твердосплавного инструмента приведены в прил. 1 (табл. П.1.1).

Справочные сведения об импортных инструментальных материалах

Быстрорежущие стали, разработанные и изготовленные за рубежом, имеют обозначение HSS (High Speed Steel (англ.) – быстрообрабатывающие стали).

8

Твердые сплавы, разработанные и изготовленные за рубежом по ИСО (ISO), разбиты на шесть групп в зависимости от обрабатываемых материалов, для обработки которых эти сплавы используются. Твердые сплавы могут иметь самую разную фирменную маркировку.

В соответствии со стандартом ISO 513–2014 инструментальные материалы характеризуются уникальными свойствами в отношении обрабатываемости резанием. Выделяются следующие группы:

1.ISO P (синяя группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки стали. Материалами этой группы обрабатывается самая большая по составу группа материалов, включающая различные сорта стали от нелегированных до высоколегированных, включая стальные отливки, ферритную и мартенситную нержавеющую сталь. Как правило, они имеют хорошую обрабатываемость, но это зависит от твердости стали и процентного содержания в ней углерода.

2.ISO M (желтая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки нержавеющей стали. К этой группе относятся сплавы с содержанием хрома не менее 12 %; некоторые сплавы могут содержать никель и молибден. Существуют различные виды нержавеющей стали, например: ферритная, мартенситная, аустенитная

иаустенитно-ферритная (дуплексная). Характерной особенностью обработки всех этих сталей является интенсивный термический износ режущих кромок инструмента, износ в виде образования проточин и наростообразования.

3.ISO K (красная группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки чугуна. В отличие от стали чугун дает короткую сыпучую стружку. Серые чугуны (GCI) и ковкие чугуны (MCI)

(ADI) поддаются обработке сложнее. В состав любого чугуна входит карбид кремния (SiC), что определяет абразивный характер износа режущей кромки инструмента.

9

4.ISO N (зеленая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки цветных металлов. Алюминий, медь, латунь

идругие цветные металлы гораздо мягче черных. Алюминий с содержанием кремния 13 % является очень абразивным материалом. Цветные металлы обрабатывают инструментом с острыми режущими кромками с высокой скоростью резания и продолжительным периодом стойкости.

5.ISO S (оранжевая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки жаропрочных сплавов. Данными материалами обрабатывается большое число высоколегированных материалов на основе железа, никеля, кобальта и титана. Все они достаточно вязкие, поэтому их обработка сопровождается наростообразованием на инструменте и выделением большого количества тепла, к тому же для них характерно упрочнение в процессе резания. По свойствам они схожи со сталями (группа ISO M), но гораздо труднее поддаются резанию, что объясняет небольшой срок службы режущих пластин.

6.ISO H (серая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки материалов с высокой твердостью, к которым относятся обрабатываемые стали твердостью 45–65 HRС, а также отбеленный чугун твердостью 400–600 HB. Высокое значение твердости делает их трудно поддающимися обработке. Эти обрабаты-

ваемые материалы в процессе резания выделяют много тепла и очень абразивны по отношению к режущей кромке инструмента.

Соответствие между некоторыми российскими и зарубежными марками конструкционных углеродистых сталей приведено в прил. 1.

10