Шпоры резание

свидетельствует об ее уменьшении:

.

На рис. изображены два одинаковых резца, срезаю­щих слои материала с одинаковой площадью поперечного сечения F = 2аb. Резец I срезает слой шириной 2b и толщиной а, а резец II срезает слой шириной b и толщиной 2a. Таким образом, на передней поверхности резцов на площади контакта 2bа действуют тепловые источники, мощность которых можно считать приблизительно оди­наковой. Источники скользят по контактной поверхности стружки со скоростью, равной скорости стружки. Из расчетов следует, что при увеличении отношения длины движущегося полосо­вого источника тепла к его ширине средняя температура трения в пре­делах площади контакта непрерывно уменьшается. Неодинаковое влияние ширины и толщины срезаемого слоя на температуру резания позволяет сделать следующий важный вывод: для уменьшения температуры резания при заданной площади сечения срезаемого слоя необходимо работать с возможно большим отношением b/a, т.е. с широкими и

тонкими стружками. Выражая физические размеры срезаемого слоя при точении в формуле через глубину резания, подачу и главный угол в плане, получим

 = C_V ^mS ⁿt ^q(sin )^n–q. Из выражения следует, что при точении подача и глубина резания на температуру резания влияют с той же интенсивностью, что и толщина и ширина срезаемого слоя. Следовательно, для снижения температуры резания при заданной площади сечения срезаемого слоя необходимо работать с возможно большим отношением t/s. При заданных глубине резания и подаче температуру резания можно уменьшить, уменьшая главный угол в плане резца. Применение инструментальных материалов, обладающих высокой теплопроводностью, также способствует понижению температуры резания. С более низкой температурой резания работают инструменты, имеющие внутреннее охлаждение режущей части.

32, 1) метод моделирования; применяется с использованием теории теплопроводности – передачи, с учетом коэффициентов теплопроводности, прочности обрабатываемого материла. Производится математический расчет температур контакта этих тел;

2) экспериментальные методы:

А) калометрический

Б) метод искусственной термопары

В отверстие,

просверленное в

корпусе резца (см.

рис.), вставлялась

термопара. Спай

рабочего конца

термопары касался в

точке 1 нижней

поверхности

быстрорежущей

пластинки. Пластинка, прикрепленная к корпусу резец, выполняет функцию передней поверхности лезвия. В процессе резания тепловой поток, генерируемый на контактных поверхностях лезвия, нагревал быстрорежущую пластинку и рабочий спай термопары. Просверливая отверстия в разных в разных местах корпуса, можно последовательно одной или одновременно несколькими термопарами измерять температуру в разных точках быстрорежущих пластинок разной толщины и составить по результатам измерения температурное поле режущей части резца.

В) метод естественной термопары

Этот метод позволяет

измерить

температуру

непосредственно на поверхности наиболее нагретого участка лезвия. Схема измерения показана на рис. Обрабатываемая заготовка при закреплении в патроне токарного станка изолируется прокладками. Резец также изолирован от суппорта станка. Один из удлинительных термоэлектродов 2-3 присоединен в точке 2 к инструментальному материалу, оснащающему режущую часть 1 резца, и выполнен из того же материала. Другой удлинительный термоэлектрод 4-5 связывает измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник в точке 5, который в простейшем случае представляет собой металлическую или угольную щетку, скользящую по поверхности вращающейся заготовки.

33, При рассмотрении вопроса о влиянии различных факторов на среднюю температуру контакта речь будет идти о температуре, измеренной естественной термопарой. Как правило, температура на передней поверхности резца выше, нежели на задней. Однако температура изношенного резца часто выше, чем на передней. При обработке жаропрочных сталей и сплавов температура еще выше, так как помимо высоких прочностных свойств эти материалы, как правило, обладают и низкой теплопроводностью. Чем ниже теплопроводность инструментального

материала, тем выше температура резания.

Зависимость

температуры

резания от скорости

резания V, подачи S и

глубины резания t

С увеличением

подачи S увеличивается количество тепла, но рост силы отстает от роста подачи. Кроме того, с увеличением S увеличивается ширина контакта с передней поверхностью, что улучшает условия теплоотвода. Следует отметить, что глубина резания t больше, чем S, влияет на тем­пературу. Это объясняется тем, что с увеличением t теплоотвод лучше, чем с увеличением S. «С точки зрения температурного режима работать нужно на больших глубинах, даже за счет снижения подачи». Поэтому выбор режимов резания начинают с глубины резания t. Эмпирическая формула для расчета температуры резания: Обобщенная формула зависимости температуры от режимов резания имеет следующий вид:  = С_V ^x S ^у t ^z , °С. Причем х > у > z, а переменная х никогда не равна 1, х < 1. Коэффициент С_ зависит от физико-механических

свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента, применяемых СОТС.

34, Наиболее часто в качестве внешних сред, благотворно влияющих на процесс резания и изнашивания режущих инструментов, издавна применяются различные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Первые исследования влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания и качество обрабатываемой поверхности проведены в нашей стране в начале 20-го века. По своему составу и виду основы смазочно-охлаждающие жидкости подразделяются на три группы: масляные жидкости, водные эмульсии минеральных масел и синтетические жидкости.

Масляные СОЖ представляют собой минеральные масла, в которые добавлены антифрикционные, антиадгезионные, противозадирные и другие присадки и ингибиторы коррозии. Активными (режущими) присадками служат масла и жиры растительного и животного происхождения и вещества, содержащие фосфор, хлор, серу. Общий объем присадок в масляных СОЖ может доходить до 40%.

Водные эмульсии минеральных масел приготавливаются из воды и эмульсолов. Содержание эмульсола в воде обычно бывает от 2 до 10%, в зависимости от вида

выполняемой операции и напряженности режима резания. В состав эмульсолов входят: минеральное масло, эмульгаторы, ингибиторы коррозии, бактерицидные, антиизносные, антипенные и другие присадки. При смешивании эмульсола с водой образуется непрозрачная эмульсия молочно-белого цвета.

Синтетические СОЖ представляют собой водные растворы водорастворимых полимеров, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ингибиторов коррозии.

Смазочно-охлаждающие жидкости, подаваемые в зону резания, оказывают смазочное, охлаждающее и моющее действия. Роль и значение каждого из этих действий зависят от вида операции механической обработки и свойств обрабатываемого и инструментального материалов.

Моющее действие СОЖ заключается в образовании на мелких частицах стружки, нароста и продуктах износа адсорбционных пленок, препятствующих их слипанию. В результате частицы легко уносятся струей СОЖ, что приводит к уменьшению абразивного износа режущего инструмента. Охлаждающее действие СОЖ проявляется, как в поглощении уже выделившейся теплоты, так и в устранении или уменьшении причин ее выделения. Уменьшение температуры в зоне резания и охлаждение

режущего инструмента способствуют сохранению режущих свойств инструмента и износостойкости инструментального материала.

Смазочное действие СОЖ заключается в образовании на трущихся поверхностях различных по своей физико-химической природе пленок, уменьшающих силы трения и износ контактирующих поверхностей путем предотвращения или ограничения явлений адгезии и схватывания обрабатываемого материала с материалом режущего инструмента.

35, Эффективность какой-либо технологической среды может оцениваться коэффициентом увеличения стойкости инструмента К_Т, представляющим собой отношение стойкости режущего инструмента Т_Т.С., при применении какой-то технологической среды или выбранного какого-то способа ее подачи, к стойкости режущего инструмента на той же технологической операции и при том же режиме резания, в среде атмосферного воздуха Т_возд.

Здесь видно, что чем эффективнее среда или метод ее подачи, тем больше значение этого коэффициента.

Применение СОЖ обычно обеспечивает увеличение стойкости режущего инструмента в 1,5 – 2,0 раза. Соответственно этому и коэффициент увеличения стойкости имеет значения К_Т = 1,5 – 2,0 в зависимости от химического состава, смазочно-охлаждающей жидкости и способа ее подачи в зону резания.

В практике машиностроения наиболее часто

СОЖ подается в зону резания поливом в виде свободно падающей струи.

Смазочно-охлаждающая жидкость из емкости в левой тумбе станка насосом через гибкий шланг подается в трубопровод с пробковым краном и сопловым насадком. Из соплового насадка СОЖ подается свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь.

Количество подаваемой в зону резания СОЖ регулируется с помощью пробкового крана. Использованная СОЖ стекает в корыто и сливается в емкость, к насосу. Давление жидкости в магистрали ее подачи должно быть достаточным для подъема жидкости до уровня положения соплового насадка. Обычно оно находится в пределах от 0,02 до 0,05 МПа и обеспечивается насосом. Количество подаваемой в зону резания СОЖ зависит от вида ее основы (водная или масляная), вида выполняемой операции и напряженности режима резания. На универсальных станках весом до 10 т жидкость подается в количестве от 2 до 20 л/мин. В некоторых случаях механической обработки (на многошпиндельных автоматах, зубообрабатывающих станках и других) поток СОЖ используется одновременно и для уноса стружки. Количество СОЖ для этих случаев рассчитывается по опытно-статистическим формулам.

На разных технологических операциях в зависимости от вида, размеров и конструкции используемого инструмента и желаемой ширины охвата зоны резания струей СОЖ применяются сопловые насадки различного вида. Сопловые насадки системы подачи СОЖ на токарных станках представляют собой металлическую трубку с конусным концом на выходе для формирования струи СОЖ и уменьшения ее разбрызгивания. Насадки для сверлильных станков имеют обращенный в сторону режущего инструмента косой срез, обеспечивающий подачу СОЖ на инструмент вдоль его оси. Насадки для фрезерных и зубообрабатывающих станков обеспечивают подачу СОЖ плоской широкой струей. При многошпиндельной обработке применяются сопловые насадки с гибкой частью “А” позволяющей изменять положение насадка и направление струи СОЖ относительно режущего инструмента. Для подачи СОЖ в зону обработки шириной более 100 мм применяются сопловые насадки в виде трубки с расположенными на одной линии боковыми отверстиями диаметром 5…6 мм.

При необходимости более интенсивного охлаждения режущих инструментов применяется их внутреннее охлаждение, заключающееся в пропускании СОЖ по внутренним каналам в теле инструмента. Наиболее часто внутреннее охлаждение

применяется в осевых инструментах типа сверл, зенкеров, разверток, протяжек, метчиков и иных подобных инструментах, но может применяться и в любых других инструментах.

36, Высокие эксплуатационные характеристики режущих инструментов в значительной степени зависят от качества материала, из которого эти инструменты изготовле­ны. Материалы, предназначенные для режущих инстру­ментов, должны по ряду показателей значительно превос­ходить материалы, применяемые в машиностроении для изготовления различных деталей.

Основные требования к инструментальным материалам следующие.

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость – в состоянии поставки или достигаемую в результате его термической обработки – не менее 63...66 HRC по Роквеллу (шкала С).

2. Высокая теплостойкость инструментального материала. Под теплостойкостью (красностойкостью) материала понимается его способность сохранять свои физико-механические

3. свойства, в частности твердость, при высокой температуре.

4. Необходимо, чтобы при значительных температурах резания твердость поверхностей инструментов существенно не умень­шалась.

5. Высокая теплопроводность инструментального материала. Чем ниже теплопроводность, тем меньше теплоотдача и выше температура инструмента в процессе резания. Теплопроводность повышается с увеличением содержания в инструментальном материале компонентов с максимальной теплопроводностью.

6. Наряду с теплостойкостью, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом.

7. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента сопровождается значительной хрупкостью, это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

8. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей это хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву и обезуглероживанию, хорошие закаливаемость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т.д.); хорошая шлифуемость после термической обработки.

9. Инструментальный материал должен обладать достаточной теплопроводностью.

10. Инструментальный материал должен иметь возможность обрабатываться в холодном и горячем состоянии.

11. Инструментальный материал должен быть экономичным.

Для твердых сплавов первые два требования менее существенны, но зато особое значение приобретает хорошая шлифуемость, а также отсутствие трещин и других дефектов, которые возникают в твердом сплаве после припайки пластин, при шлифовании и заточке инструмента.

37, За рубежом твердый сплав классифицируют не по составу, а по назначению. По назначению разделены на 6 групп:

1) Р – сталь, стальное литье, чугун (сливная стружка)

2) М – коррозионно-стойкие сплавы и стали, жаропрочные и титан (стружка скалывания)

3) К – чугуны, закаленные стали, цветные металл (элементная стружка)

4) N – обработка цветных металлов и сплавов

5) S – обработка жаропрочных и титановых сплавов

6) Н – обработка закаленных сплавов и чугунов.

Чем < индекс, тем < площадь срезаемого слоя и выше скорость резания, а твердый сплав х-ся высокой износостойкостью. Чем < индекс у твердого сплава, тем < силовая нагрузка на него, тем выше износостойкость.

38, Инструментальные материалы делятся на несколько групп:

1) углеродистые инструментальные стали У8, У9, У1, У8А, У9А, У10А; 100 мин

0,8%С, Fe; θ_кр=200-250˚; HRC=61-63; σ_и=200-220; V<15 м/мин; применяют для изготовления ручных иструментов, ручные развертки, метчики, плашки, напильники, зубила

2) низколегированные инструментальные стали; 80 мин;

ХВ5, ХВГ, 9ХС; 0,8%С, Fe; θ_кр=250-300˚; HRC=63-

65; V<25;

ХВГ – протяжки крупных размеров;

9ХС – для изготовления сверл маленького диаметра (<1 мм)

ХВ5 – для изготовления разверток фасонных изделий с низшими скоростями резаниями;

3) быстрорежущие (высоколегированные) стали; 50 мин;

Р18 – 18% вольфрама;

θ_кр=600˚; HRC=63-66; σ_и=290-310; V<60;

а) норм. производительность: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5;

б) повышенная произв:

Р9Ф5, Р12Ф3, Р14Ф4; θ_кр=635˚

в)высокая производительность; Р6М5К5, Р21Ф4К5, Р9К5; θ_кр=640-650˚;

изготавливают всю гамму режущих инструментов: резцы, сверла, развертки, к-ые ис-ся при обработке со скоростными, не превышающими 60 м/мин скоростями

4) твердые сплавы

V<30 м/мин; основу этих сплавов составляют соединения карбидов тугоплавких металлов: вольфрама, титана, тантала. Делятся на 3 группы: однокарбидные (ВК), двухкарбидные (ТК), трехкарбидные (ТТК); ис-ся при обработке любых материалов любым инструментом: резцы, сверла, фреза.

5) режущая керамика

6) сверхтвердые инструментальные материалы; 3 мин

ЕХ:

25А40ПСМ25К5А

25А = Al_2­O₃

Зернистость 400 мкм

СМ2 – твердость среднямягкая

К5 керамическая связка 5 группа

А – класс точности круга

Т15К6 = 15% карбида титана, 6% кобальта,79% карбида вольфрама

39, В результате высокого давления, температуры и скорости относительного перемещения контактные поверхности инструмента в процессе его эксплуатации изнашиваются. Изнашивание режущего инструмента в процессе резания протекает весьма разнообразно в связи с различными условиями его работы. Эти условия могут резко изменяться в зависимости от обрабаты­ваемого материала, геометрии и материала инструмента, скорости резания, величины среза, смазочно-охлаждающей среды, жестко­сти технологической системы. Практически можно наблюдать следующие процессы износа:

а) по задней

поверхности

(чистовая

обработка,

малая

подача на обработку); б) по передней

поверхности (при черновом точении, S>0,5 мм/об);

в) по передней и задней поверхности (при получистовом резании со средней подачей)

Преимущественный износ передней поверхности происходит при обработке пластичных сталей с устойчивым наростом, защищающим режущую кромку от непосредственного воздействия стружки и поверхности резания. Подобный износ имеет место при снятии крупных стружек, а также при больших скоростях резания и часто наблюдается у резцов с отрицательными перед­ними углами. При обработке сталей, обладающих значительной истирающей способностью и особой склонностью к наклепу, когда в процессе деформации выделяется карбидная фаза, наблюдается сильное изнашивание одновременно передней и задней поверхностей резца. Увеличение лунки приводит к изменению действительных переднего угла  и угла резания . При чистовой обработке Износ самой режущей кромки особенно развивается в процессе резания вязких высокопрочных материалов. В этом случае необходимо уменьшить наклеп обрабатываемого материала путем тщательной заточки режущей кромки с малым радиусом закругления, чтобы усилить режущий эффект. При исследовании влияния

различных факторов процесса резания на интенсивность изнашивания инструмента полезно пользоваться так называемым относительным износом. Наиболее часто абсолютный износ относят к пути L, пройденному инструментом, при этом отно­сительный линейный износ  определяют по формуле  = h/L. Путь резания равен L = V · T, м. При точении путь резания, в м, можно подсчитать по формуле

L = , где – длина обработанной поверхности; D – наружный диаметр заготовки.

40, Несмотря на то, что износ инструмента является важнейшим показа­телем его работоспособности, физическая природа изнашивания изу­чена еще очень плохо вследствие исключительной сложности контакт­ных процессов. Абразивное изнашивание. Одним из видов износа режущего инструмента является абразивный износ, который в отдельных случаях может иметь основное зна­чение. Механизм абразивного износа состоит в том, что твердые включения обрабатываемого материала (Ni₃Тi; Ni₃(А1,Тi) и др.), внедряясь в контактные

поверхности инструмента, царапают эти поверхности, действуя как микроскопические резцы. Термический износ. Этому износу больше всего подвергаются быстрорежущие инструменты. При температуре в зоне резания выше температуры красно­стойкости происходит термический износ. Адгезионное изнашивание. В процессе резания между инструментом и деталью имеются условия для образования адгезионного схватывания (адгезия – схватывание, слипание, сваривание). Для этого необходимо, чтобы поверхности были ювенильно чистыми и были приведе­ны в очень плотный контакт, т.е. чтобы начали действовать межмоле­кулярные силы. Таким образом, силы адгезии возникают как резуль­тат межмолекулярного взаимодействия между твердыми телами. Диффузионное изнашивание. Следует иметь в виду, что диффузионный износ зависит не толь­ко от непосредственного переноса атомов инструментального материала в деталь и стружку. При диффузионном износе происходит также разрушение контактных слоев инструмента, ослабленных диф­фузионными процессами, происходящими в

этих слоях. Окислительное изнашивание. Гипотеза окислительного изнашивания основывается на известном факте коррозии твердых сплавов при нагреве их в среде кислорода и отсутствии изменения свойств поверхностных слоев сплавов при нагреве их в инертных газах. Склонность твердых сплавов к окислению определяется их химическим составом. Однокарбидные сплавы окисляются сильнее, нежели двухкарбидные. С увеличением содержания кобальта в твердом сплаве интенсивность и скорость окисления возрастают.

41, Износ режущего инструмента выражается в появлении лунки на передней поверхности, площадок износа на главной и вспомогательной задних поверхностях и в уменьшении вылета вершины резца или режущего лезвия иного инструмента. Критериями затупления инструмента и необходимости его переточки наряду с указанными также могут быть: ухудшение качества обработанной поверхности, образовании фаски износа на задней поверхности инструмента, появление на ней светлых полос, вибрации, увеличение потребляемой мощности и другие. Обычно за критерий затупления принимается величина (ширина) площадки износа на задней поверхности режущего инструмента как наиболее легко обнаруживаемая и измеряемая

При выполнении различных исследований или оценке эффективности какого-либо технического мероприятия износ режущего инструмента может оцениваться в относительных единицах величиной относительного износа. Относительный износ выражается величиной износа по любому из перечисленных выше критериев, отнесенной к показателю выполненного объема работы: пройденному при заданном режиме пути резания, площади обработанной поверхности, объему или весу срезанного материала. Наиболее часто относительный износ выражают отношением величины износа по задней поверхности к величине пройденного пути резания.

Методы измерения:

1) инструментальный микроскоп

2) весовой

42, Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента называют кривой или графиком износа. Характерные кривые износа задней поверхности инструмента представлены на рис.

Кривые износа

инструмента: по передней поверхности (а, б); только по задней поверхности (в); классический вид кривой износа (г). При средних значениях скоростей резания период нормального изнашивания составляет 85…90 % периода стойкости инструмента. По мере увеличения скорости резания период нормального изнаши­вания сокращается и при очень высоких скоростях резания становится настолько малым, что после периода приработки почти сразу насту­пает период катастрофического изнашивания. При изнашивании инструмента преимущественно по задней поверх­ности, когда износ передней поверхности незначителен, кривая износа (б) вогнута относительно оси абсцисс. Если инструмент изнашивается только по задней поверхности, то кривая износа имеет вид, изображенный на рис. в. Велич. износа передн. и задн. Поверхн. Инструм. Завис. от врем. Раб. Инструм., температ. резания и скоростей перемещени. Поверхн. Резан. и стружки относительно задн. и передн. Поверх.. При нарастан. износа может происходить изменен. Ra обрабатыв. Поверхн. в ту или иную сторону. С изменен. износа меняются и качествен. показатели по­верхн. слоя (наклеп, остаточные поверхностные напряжения и шероховатость поверхности).

43, См. предыдущий билет! Период стойкости инструмента. Период стойкости Т (мин) – это время резания инструментом между двумя переточками. Суммарный период стойкости с достаточной точностью определяют следующим образом: Т_сум  i · Т, мин, где i – число переточек, допускаемых инструментом до его полной амортизации. Таким образом, суммарный период стойкости численно характеризует срок службы инструмента до того, как он будет направлен в утилизацию. Связь между суммарным периодом стойкости и периодом стой­кости инструмента немонотонна. С увеличением периода стойкости Т_сум растет. Однако при этом возрастает и ширина площадки износа задней поверхности, что сокращает допускаемое число i переточек инструмента. Последнее же уменьшает суммарный период стойкости. Поэтому вначале при увеличении периода стойкости Т_сум также возрастает, достигая максимума при некотором значении Т, а следовательно, и износа h. Дальнейшее увеличение Т (и износа h) уменьшает суммарный период стойкости. Критерии затупления:1)блестящая полоска

2)технологический критерий 3)изменение внешних составляющих поверхностного слоя

4)силовой 5)температурный (↑t – могут появиться прижоги) 6)вибрация 7)шум

44, 1) влияние обрабатываемого материала – чем тверже и прочнее, тем > сопротивление резанию, тем > трение по передней и по задней поверхности, тем > износ режущего инструмента. Интенсивность износа I это: I=Δh_з/ΔL

2) влияние режимов резания

А) скорость резания

Б) ↑S – увеличивается объем снимаем стружки и ее толщина – увеличение интенсивности износа

В) глубина резания влияет в меньшей степени

Г) влияние переднего угла j:

↑j – увеличение пластической деформации, уменьшение сил трения – снижение температуры – величина износа уменьшается, уменьшается сечение клина и износ возрастает.

Д) увеличение заднего угла α – уменьшается износ задней поверхности

Е0 главный угол в плане φ – увеличение толщины среза- увеличивает износ режущего инструмента

Ж) увеличение радиуса при вершине приводит к снижению износа резца и термонапряженности

З) СОЖ образуют пленки на передней, задней поверхности, снижаются трения и уменьшается износ

И) влияние инструментального материала