Сущность формообразования деталей машин резанием лезвийными и абразивными инструментами, методами поверхностного пластического деформирования; электроэрозионными, электрохимическими, ультразвуко-выми и лучевыми методами.
Обр. металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовк слоя металла для получения требуемой геометрич формы, точности размеров и шероховатости поверхности детали.
Сущность метода пласт деформ-я: поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, в результате давления оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются. Давление осуществляется только по зоне контакта. Инструмент – ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки.
Электроэрозионный метод основан на явлении эрозии(разрушния) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного Эл тока. Температура на поверхности обрабатываемой заготовки-электрода возрастает до 10000-12000 С. При этой температуре мгновенно испаряется элементарный объем металла.
Эл/химические методы основаны на явлении анодного растворения при электролизе. При прохождении пост Эл тока ч/з электролит на пов-ти заготовки, являющейся анодом происходят хим реакции и поверхностный слой, превращаясь в хим соединение, уходит в раствор или удаляются механически.
Ультразвук-е методы. УЗО – разновидность механич обработки Основана на явлении магнитострикции(способность ферромагнитных сплавов или металлов изменять размеры в переменном магнитном поле). Колебании Эл/м поля при УЗО 16-20кГц, амплитуда колебаний сердечника 5-10мкм(со стержнем-концентратором до 40-60мкм). К концентратору крепят рабочий инструмент - пуассон.
Лучевые методы. Электронно-лучевая(метод основан на превращении кинетич энергии пучка в тепловую. Под дейтвием высокой температуры происхдит испарение металла с поверхности заготовки). Лазерная обраб-ка(тепловое воздействие светового луча высокой энергии). Плазменный(плазму, имеющюю температуру 10000-30000 С направляют на обрабатываемую поверхность заготовки).
2) Основные характеристики процессов формообразования деталей машин резанием: скорость резания, скорость подачи, глубина резания, основное технологическое время при вращательном движении инструмента (заготовки). Определение рабочих движений инструмента (заготовки) при формообразовании деталей (Dr, Ds, Dk, De) (например точения).
Обр. металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрич формы, точности размеров и шероховатости поверхности детали.
Скорость резания–путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения резания за единицу времени. Измеряют в м/мин, кроме шлифования, полировки и некоторых др видах обраб резанием, где ее измеряют в м/с.
Подача s – путь точки лезвия режущего инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за оборот или за двойной ход заготовки или инструмента. мм/об – сверление, точение; мм/дв. хода – строгание, долбление; мм/мин – фрезерование и т.д. Подачи: продольная, поперечная, вертикальная, наклонная, круговая, тангенциальная, окружная и т.д.
Глубина резания t – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью заготовки, измеренное перпендикулярно последней, за один рабочий ход инструмента относительно обраб-емой пов-ти.
Основное технологическое время – время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки и получения пов-ти требуемой шероховатости.
[При токарной T0=(L*i)/(nsпр)]
Главное движение резания Dr – прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью и в процессе резания; движение подачи Ds – прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки; касательное движение Dк – прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента; результирующее движение резания De – суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение резания, движение подачи и касательное движение.
3) Схемы методов копирования, следов, касания и обкатки при фор-мообразовании деталей машин резанием.
Образование поверхностей по методу копирования заключатся в том, что форма режущего лезвия инструмента является образующей линией, совпадающей по форме с образующей линией поверхности, или имеющей форму, обратную ей. Направляющая лиия воспроизводится вращением заготовки или поступательным движением инструмента. это формообразующее движение. Второе движение, направленное перпендикулярно пов –ти необходимо для получения определенного размера поверхности.
Образование поверхностей по методу следов заключатся в том, что образующая линия является траекторией движения точки(вершины) режущего лезвия инструмента, а направляющая линия – траектория движения точек заготовки. Оба движения формообразующие.
Образование поверхностей по методу касания заключатся в том, что направляющей линией служит касательная к ряду геометрических вспомогательных линий, являющихся траекториями движения точек режущего инструмента. Образующей линией служит режущее лезвие инструмента. Формообраз движение – подача sпр.
Образование поверхностей по методу обкатки заключатся в том, что образующая линия является огибающей кривой ряда последовательных положений режущего лезвия инструмента в результате двух согласованных относительных движений заготовки и инструмента. Направляющая линия образуется поступательным движением инструмента.
4) Схема образования стружек при резании металлов. Основные виды стружек и способы стружколомания.
Схема: Движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в металле возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деф-ции переходят в пластические. Пластические деформации приводят к сдвиговым. Сдвиговые деформации вызываю скольжение отдельных частей зерен по кристаллографическим плоскостям(плоскостям скольжения) в определенных направлениях. Когда пластические деформации достигают наибольшей величины, а напряжения превысят силы внутреннего сцепления зерен металла, скалывается элементарный объем металла.
Виды стружек: 1) Сливная стружка образуется при резании пластичных металлов и сплавов и представляет собой сплошную ленту с гладкой внутренней(прирезцовой) стороной. С внешней стороны слабо выраженные зазубрины.
2) Стружка скалывания образуется при резании средних по твердости материалов. Гладкая c внутренней стороны и с явно выраженным зазубринами с наружней.
3) Стружка надлома образуется при обработке хрупких металлов, состоит из отдельных элементов, не связанных между собой.
Для получения стружки надлома на режущем инструменте выполняют стружкозавивательные и стружколомательные устройства, применяют прерывистый процесс резания,измняют геометрию режущего инструмента, режим резания, а при мизготовлении деталей на автоматах используют специальные автоматные стали.
5) Силы резания. Схема, поясняющая образование силы сопротивления резанию. Силы, действующие на резец при продольном точении их использование в практике. Экспериментальная формула для определения главной составляющей силы резания – Pz.
В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на резец: нормального давления и трения. Силы трения. Т1=f1(Py1+Pn1) и T2=f2(Py2+Pn2). Равнодействующая сил резания R=Py1+Pn1+Py2+Pn2+T1+T2. Вертикальная составляющаяPz, радиальная составляющаяPy, осевая составляющая Px.
Эмпирическая формула определения Pz: Pz=CPztxPzsyPzvnPzkMPz Cpz коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, t глубина резания(мм), s подача(мм/об), v скорость резания(м/мин), kMPz – коэффициент. Учитывающий прочие факторы.
6) Схема, поясняющая образование нароста на резце и обработанной поверхности при точении металла. Причины образования нароста, поло-жительные и отрицательные его свойства. Способы устранения нароста на резце при точении металлов
При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности инструмента может наблюдаться явлении нароста. Нарост - деформированный металл, структуракоторого отличается от структуры обрабатываемого материала и материала
стружки.
Образовании нароста объясняют тем, что геометрическая форма инструмента не является идеальной с точки зрения обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между передней поверхностью инструмента и частицами срезанного слоя становятся больше сил внутреннего сцепления, и при наличии опред-х температурных условий металл прочно оседает на передней поверхности инструмента в виде нароста.
Положительное влияние: при наросте передний угол лезвия режущего инструмента становится острее, что приводит к уменьшению силы резания(нарост способен резать металл), нарост удаляет центр давления стружки от режущего лезвия , уменьшается износ режущего инструмента, улучшает теплоотвод от инструмента. Отрицательное влияние: Увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы нароста внедряются в обработанную поверхность и при работе детали в узле повышают износ пары. Вследствии изменения геометрии режущего инструмента. изменяются размеры обрабатываемой поверхности в поперечных сечениях. Изменяется величина силы резания, что приводит к повышенным вибрациям станка, а это ухудшает качество обработанной поверхности.
7) Наклеп обработанных поверхностей заготовок из металла при обработке резанием. Схема, поясняющая образование наклепа. Отрица-тельные и положительные свойства наклепа поверхности. Способы борьбы с отрицательными свойствами наклепа.
Результатом упруго-пластического деформирования является наклеп металла обработанной поверхности заготовки, что проявляется в повышении поверхностной твердости(в 2 - 3 раза).
положит св-ва: лповышение поверхностной твердости детали, при условии, что статочные напряжения – сжимающие. Орицательные cв-ва: Дефектный слой необходимо удалять – это требует дополнительной чистовой обработки. Остаточные напряжения со временем деформируют деталь. Упрочнение, полученное при черновой обработке отрицательно влияет на процесс резания при чистовой обработке(затупляется инструмент, увеличивается шероховатость поверхности).
8) Тепловые явления при резании металлов. Причины образования тепла. Уравнение теплового баланса. Отрицательное влияние образующегося тепла на заготовку и инструмент. Смазочно-охлаждающие тех-нологические средства. Экспериментальная формула для определения температуры в зоне резания.
Процесс резания сопровождается образованием теплоты. Количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, Дж/мин:
Q =Pz*v
Теплота образуется в результате упругопластического деформирования в зоне стружкообразования, трения стружки о переднюю поверхность инструмента, трения задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки. ^ Тепловой баланс процесса резания можно представить следующим тождеством:
Q = Qд + Qпп + Qзп = Qc + Qзаг +Qи + Qл
Где Qд — количество теплоты, выделяемой при упругопластической деформации обрабатываемого материала, Дж; Qпп - количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность инструмента, Дж; Qзп — количество теплоты, выделяемой при трении задних поверхностей инструмента о заготовку, Дж; Qс — Количество теплоты, отводимой стружкой, Дж; Qзаг — количество теплоты, отводимой заготовкой, Дж; Qи - количество теплоты, отводимой режущим инструментом, Дж; Qл — количество теплоты, отводимой в окружающую среду (теплота лучеиспускания), Дж В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится 25—85% всей выделившейся теплоты; заготовкой 10-50 %; инструментом 2—8 %.
Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800-1000 С) вызывает структурные превращения в металле, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю режущих свойств. Нагрев инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при повышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.
Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку ведут в условиях применения смазочно-охлаждающих сред. В зависимости от технологического метода обработки, физико-механических жидкости. Обладая смазывающими свойствами, жидкости снижают трение стружки о переднюю поверхность инструмента и задних поверхностей инструмента о заготовку. Одновременно снижается работа деформирования. Общее количество теплоты, выделяющейся при резании, уменьшается. Смазочно-охл среды отводят теплоту во внешнюю среду от мест ее образования, охлаждая режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность заготовки. Смазывающее действие сред препятствует образованию налипов металла на поверхностях инструмента, в результате чего снижается шероховатость обработанных поверхностей заготовки. Применение смазочно-охл сред приводит к тому, что эффективная мощность резания уменьшается на 10-15%; стойкость режущего инструмента возрастаетсвойств материалов обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, а также режима резания применяют различные смазочно-охлаждающие среды.
Чаще всего при обработке резанием применяют смазочно-охлаждающие, обработанные поверхности заготовок имеют меньшую шероховатость и большую точность, чем при обработке без применения смазочно-охл сред.
9) Основные конструктивные части металлорежущих инструментов. Основные поверхности и кромки токарного резца.
Токарный прямой проходной резец имеет головку – рабочую часть I и тело – стержень II, который служит для закрепления резца в резцедержателе. Головка резца образуется при заточке и имеет следующие элементы: переднюю поверхность 1, по которой сходит стружка; главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную заднюю поверхность 5,обращенную к обработанной поверхности заготовки; главную режущую кромку 3 и вспомогательную 6; вершину 4. Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям. Для определения углов, под которыми расположены поверхности рабочей части инструмента относительно друг друга, вводят координатные плоскости. Основная плоскость (ОП) – плоскость параллельная направлениям продольной и поперечной подач. Плоскость резания (ПР) проходит через главную режущую кромку резца, касательно к поверхности резания. Главная секущая плоскость (N-N) – плоскость, перпендикулярная к проекции главной режущей кромки на основную плоскость. Вспомогательная секущая плоскость (N1-N1) – плоскость, перпендикулярная к проекции
10) Определение углов токарного резца в статической системе координат, их назначение и влияние на процесс резания.
Углы резца определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей и друг друга. Эти углы называют углами резца в статике.
У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые рассматривают, исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается главное движение резания.
Главный передний угол γ измеряют в главной секущей плоскости между следом передней поверхности и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. С увеличением угла γ уменьшается деформация срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются сила резания и расход мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заготовки повышается. Чрезмерное увеличение угла γ приводит к снижению прочности главной режущей кромки, увеличению износа вследствие выкрашивания, ухудшению условий теплоотвода от режущей кромки.
При обработке деталей из хрупких и твердых материалов для повышения стойкости резца следует назначать меньшие значения угла γ, иногда даже отрицательные. При обработке деталей из мягких и вязких материалов передний угол увеличивают.
Главный задний угол α измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной задней поверхности. Наличие угла α уменьшает трение между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхности.
Вспомогательный задний угол α1 измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Наличие угла α1 уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки.
Главный угол в плане φ – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи – оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшение угла φ шероховатость обработанной поверхности снижается. Одновременно увеличивается активная рабочая длина режущей кромки. Сила и температура резания, приходящееся на единицу длины кромки, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьшением угла φ возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки и вызывающая ее повышенную деформацию. С уменьшением угла φ возможно возникновение вибраций в процессе резания, снижающих качество обработанной поверхности.
Вспомогательный угол в плане φ1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла φ1 шероховатость обработанной поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.
Угол наклона главной режущей кромки λ измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку резца перпендикулярно к основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. С увеличением угла λ качество обработанной поверхности ухудшается
11) Инструментальные материалы: инструментальные стали, твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые инструментальные материалы. Их назначение и обозначение.
Инструментальные материалы должны удовлетворять ряду особых эксплуатационных требований. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твердость и высокие допустимые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие, кручение. Твердость материала рабочей части инструмента должна превышать твердость материала заготовки. Инструментальные материалы должны иметь высокую красностойкость, т.е. сохранять большую твердость при высоких температурах нагрева. Важнейшей характеристикой материала рабочей части инструмента является износостойкость.
К инструментальным сталям относятся:
Углеродистые инструментальные стали (0,9-1,3%C). Для изготовления инструментов применяют качественные стали У10А, У11А, У12А.
Легированные инструментальные стали – это углеродистые стали, легированные хромом, вольфрамом, марганцем и др. элементами. Для изготовления инструментов используют стали 9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС и др.
Быстрорежущие стали содержат 8.5 – 19% W, 3.8 – 4.4% Cr, 2 – 10% Co и V. Для изготовления режущих инструментов используют стали Р9, Р12, Р6М3, Р14Ф4, Р10К5Ф2 и др.
Твердые сплавы – это твердый раствор карбидов вольфрама (WC), карбидов титана (TiC), карбидов тантала(TaC) в кобальте (Co). Различают : вольфрамовые ВК2, ВК3М, ВК4В, ВК10 и др.; титано-вольфрамовые – Т30К4, Т15К6, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые – ТТ7К12, ТТ10К8Б
Минералокерамика – синтетический материал, основой которого служит глинозем (Al2O3), подвергнутый спеканию при температуре 1720-1750. Ее применяют для изготовления инструментов, к которым предъявляют повышенные требования по размерной стойкости.
«+» малое родство с металлом (нет слипания с обрабатываемой деталью)
«-» низкая прочность и хрупкость.
Алмазные инструменты. В промышленности используют природные и синтетические алмазы марок АСО, АСР, АСВ, АСС, АСН. Алмаз самый твердый материал, имеет высокую красностойкость и износостойкость, у него практически отсутствует адгезия с др материалами. Недостаток – их хрупкость. Алмазы используют для изготовления алмазных инструментов и доводочных порошков. Алмазный инструмент применяют для обработки твердых материалов, германия, кремния, керамики.
12) . Износ и стойкость металлорежущих инструментов. Причины износа и параметры, характеризующие износ на примере токарных резцов. Определение стойкости металлорежущих инструментов. Обозначение стойкости и средняя ее величина у токарных резцов.
В процессе резания возникает трение стружки о переднюю поверхность, обрабатываемой детали о заднюю поверхность инструмента. В результате инструмент изнашивается и теряет режущую способность.
Различают три основных вида износа: износ по передней поверхности, износ по задней
поверхности и износ по передней и задней поверхностям. Наиболее часто встречается одновременный износ и по передней, и по
задней поверхности.
допускаемая величина износа при обработке стали для токарных резцов с
пластинками твердого сплава 0,8— 1 мм, для резцов из быстрорежущей стали и при
работе с охлаждением, 1,5—2 мм.
Время между двумя переточками называется стойкостью
инструмента. Стойкость инструмента зависит главным образом от скорости резания. На
нее оказывают влияние также материал, из которого изготовлен инструмент,
обрабатываемый материал, геометрические параметры режущей части инструмента.
И, наконец, в соответствии с заданной стойкостью по
формулам или соответствующим таблицам находят необходимую скорость резания.
Стойкость инструмента характеризуется периодом стойкости Гр. Например, для твердосплавных резцов при выполнении операций промежуточного формообразования можно принять период стойкости Т= 30…45 мин.