книги / Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Т.Р. Абляз, К.Р. Муратов, Е.С. Шлыков, Е.А. Гашев

ТЕХНОЛОГИИ

ИОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ

ИФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2023

1

УДК 621.9.048.4:669.14.018.25 Т38

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент Д.С. Белинин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь);

канд. техн. наук, зам. главного металлурга А.А. Шумков (АО «Протон ПМ», г. Пермь)

Т38 Технологии и оборудование механической и физикотехнической обработки: учеб. пособие / Т.Р. Абляз, К.Р. Муратов, Е.С. Шлыков, Е.А. Гашев. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. – 122 с.

ISBN 978-5-398-02945-1

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки» и является частью учебно-методического комплекта по профилю подготовки магистров «Цифровые технологии в машиностроительном производстве». Даны рекомендации по подбору технологических параметров резания, а также режимов электроэрозионной обработки и процесса финишной абразивной обработки для обеспечения эффективности процесса металообработки.

Предназначено для аспирантов, магистрантов, научных и ин- женерно-технических работников.

УДК 621.9.048.4:669.14.018.25

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Качество выпускаемой продукции зависит от грамотно назначенных параметров режимов резания и геометрии инструмента. Стремительное развитие машиностроительного производства позволяет обрабатывать детали, выполненные из материалов с высокими физико-механическими свойствами, высокой производительностью и экономической эффективностью, что обусловлено применением современного металлорежущего инструмента. В настоящее время производители металлорежущего инструмента включают в процесс производства комплекс услуг, начиная от изготовления режущих пластин и державок, заканчивая программными комплексами по выбору и назначению режимных параметровобработки.

Одним из путей повышения качества и надежности выпускаемой продукции стало использование сверхтвердых материалов при производстве деталей машин и механизмов. Применение данных материалов позволяет повысить прочностные и эксплуатационные характеристики выпускаемых изделий, что в свою очередь позволяет создавать более функциональные механизмы, обладающие малыми габаритами при более высоких функциональных возможностях.

Несмотря на преимущества использования сверхтвердых материалов в машиностроении, их обработка на лезвийных металлообрабатывающих станках зачастую является невозможной. Адекватным решением данной проблемы является применение электрофизических методов размерной обработки материалов. Одним из таких методов является электроэрозионная обработка(ЭЭО).

В настоящее время метод ЭЭО является одним из самых распространенных методов обработки высокотвердых материалов и положен в основу большинства технологических процессов как в серийном, так и в массовом производстве.

Зачастую эксплуатационные свойства деталей машин, такие как контактная жесткость, усталостная прочность, герметичность и другие, в значительной мере зависят от характера микрорельефа

5

обработанной поверхности, точности геометрической формы и фи- зико-механических свойств поверхностного слоя. Эти параметры обработанной поверхности полностью определяются операциями окончательной механической обработки. Поэтому технологическое обеспечение оптимального микрорельефа и требуемой точности геометрической формы поверхности на финишной операции – важная научно-техническая задача, решение которой позволит повысить надежность и долговечность деталей и узлов машин.

К числу прогрессивных методов финишной обработки поверхностей относится финишная абразивная обработка методами доводки и хонингования. Наряду с другими видами резания, лезвийного или метода ЭЭО, при доводке и хонинговании применяется только распределенное резание из-за большой площади контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью. Поэтому (с учетом относительно небольших скоростей резания) силовые и температурные напряжения, возникающие в процессе обработки, – незначительны. Следствие этого – сравнительно малые остаточные напряжения поверхностного слоя и отсутствие фазовых и структурных превращений. В результате в поверхностном слое не появляются дефекты, как при лезвийной обработке и ЭЭО, и обеспечиваются более высокие эксплуатационные качества обработанной поверхности.

Сегодня актуальной задачей является подготовка специалистов, обладающих необходимыми компетенциями для выбора метода обработки, типа инструмента, с учетом физических основ процесса резания и современных стандартов качества. Учебное пособие способствует развитию умения самостоятельно принимать решения при выборе инструмента и режимов обработки деталей на станках с ЧПУ.

Не все рассматриваемые в учебном пособии вопросы изучены полностью. В связи с этим авторы с благодарностью примут замечания читателей.

6

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕКСИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Под резанием материала понимают процесс срезания с поверхности слоя материала, который приобретает определенную форму, называемую стружкой [1–10].

Резание осуществляется с помощью металлорежущего инструмента, рабочая часть которого имеет форму клина (рис. 1.1).

У большинства инструментов угол β < 90 градусов.

Рис. 1.1. Схема процесса резания:

β– угол заострения режущей части инструмента, град.; ар – глубина резания, мм; S – направление подачи

1.1. Формообразующие движения

Процесс резания осуществляется за счет формообразующих движений – движений резания. Формообразующие движения представляют собой совокупность относительных движений инструмента и обрабатываемой поверхности [1; 4–12].

В процессе металлообработки выделяют два движения резания – главное (Dr) и вспомогательное (Ds) (рис. 1.2).

Главное движение Dr – необходимо для осуществления самого процесса резания.

7

3. Сверление: главное движение Dr – вращение сверла (обладает большей скоростью); движение подачи Ds – поступательное движение подачи сверла (обладает меньшей скоростью).

В случае сложного рабочего движения инструмента (например, инструмент совершает и вращательное и поступательное движение одновременно) выделяют истинное движение резания De, которое является результирующим от главного и вспомогательного движений. Характерным примером возникновения истинного движения резания является операция сверления. Истинное движение при сверлении представляет собой сумму движений Dr (вращение сверла) и Ds (поступательное движение подачи сверла).

Движения резания характеризуются следующими параметрами:

–Dr – главное движение – вектором скорости резания V ;

–Ds – движение подачи – вектором скорости подачи Vs (S );

–De – истинное движение – вектором истинной скорости резания V e = V + S.

1.2. Режимы резания

Любой процесс резания характеризуется режимами резания [5; 8; 10–14]. Режимы резания представлены в табл. 1.1.

Подача влияет на качество обработанной поверхности и на процесс формирования стружки. От величины подачи зависит толщина стружки.

9

Глубина резания всегда измеряется в направлении, перпендикулярном направлению подачи инструмента (рис.1.3). Если глубина резания составляет 60% от припуска, то такая обработка называется черновой. Если глубина резания составляет 30 % от припуска – это получистовая обработка. При чистовой обработке глубина резания не превышает 10% от припуска.

Скорость резания зависит от диаметра заготовки и частоты вращения шпинделя и рассчитывается так [2–4]:

где Dm – диаметр обработки, мм; n – частота вращения шпинделя, об/мин.

Рис. 1.3. Параметры режимов резания

Длина окружности С, мм – это расстояние, которое режущая кромка проходит за один оборот заготовки.

Длина окружности рассчитывается так:

Пример расчета скорости резания при точении ступенчатого вала (рис. 1.4) представлен в табл. 1.2.

10