1 Цель работы

Цель работы: изучить устройство образцов режущего инструмента.

Задания к работе:

1. Изучить устройство образцов режущего инструмента и разделить их на группы по видами обработки: 1– точение, 2 – строгание, 3 – сверление, 4 – фрезерование и 5 – шлифование

2 Программа и методика эксперимента

Процесс резания металлов заключается в срезании с обрабатываемой заготовкой слоя металла — припуска, специально оставленного на обработку, с целью получения детали с заданными чертежом формой, размерами и шероховатостью поверхностей.

Основными видами обработки резанием являются точение, строгание, сверление, фрезерование и шлифование. Обработка металлов резанием осу-ществляется на металлорежущих станках — токарных, строгальных, сверлильных, фрезерных и шлифовальных — с использованием различных режущих инструментов — резцов, сверл, фрез, шлифовальных кругов.

Удаляемый в процессе резания металл — припуск — превращается в стружку, при этом наличие стружки является характерным признаком всех разновидностей процесса резания металлов.

Режущим инструментом называется инструмент для обработки металлов резанием. Наиболее распространенный режущий инструмент — резец — состоит из режущей части Б и стержня А (рис. 2). Режущая часть имеет переднюю поверхность 1и несколько задних поверхностей 3 и 4, из

которых одна называется главной задней поверхностью 4, а остальные — вспомогательными задними поверхностями 3. Передняя поверхность 1обращена по ходу главного движения в сторону срезаемого слоя на обрабатываемой заготовке и по ней перемещается стружка. Главная задняя поверхность 4 обращена к поверхности резания, вспомогательная задняя поверхность 3 к обработанной поверхности заготовки.

П ередняя и задние поверхности, пересекаясь, образуют главную 6 и вспомогательную 2 режущие кромки. Точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину 5 режущей части резца. Режущие кромки и примыкающие к ним контактные поверхности на передней и задних поверхностях образуют соответственно главное и вспомогательное лезвия. На всех инструментах лезвия в поперечном сечении имеют форму клина.

П оложение поверхностей и кромок режущей части инструмента координируется относительно его державки угловыми размерами, называемыми геометрическими параметрами. Геометрические параметры инструмента рассматриваются с использованием основной плоскости, а также плоскостей резания и главной секущей (рис. 3).

Основная плоскость I — плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам и совпадающая с основанием державки резца.

Плоскость резания II — плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

Главная секущая плоскость III — плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Главные углы рассматриваются в главной секущей плоскости (рис. 4, а).

Главный передний угол γ — угол между передней поверхностью инструмента и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку. Главный задний угол α — угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Угол заострения β — угол между передней и главной задней поверхностями. Угол резания δ — угол между плоскостью резания и передней поверхностью.

Углы в плане измеряются в основной плоскости (рис. 4, б). Главный угол в плане (φ — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательный угол в плане (φ₁ — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи

Инструментальные материалы. Металлорежущий инструмент может производить срезание слоя материала с поверхности заготовки в том случае, если его режущая часть изготовлена или оснащена инструментальным материалом, обладающим высокой твердостью, прочностью, температуростойкостью и износостойкостью.

В качестве инструментальных материалов для лезвийных инструментов используются быстрорежущие стали, твердые сплавы (металлокерамика), минералокерамические сплавы (керметы), сверхтвердые материалы, синтетические алмазы.

Быстрорежущие инструментальные стали являются высоколегированными сталями с добавками вольфрама (обозначается буквой Р), молибдена (М), ванадия (Ф), кобальта (К) при содержании примерно 4 % хрома и 1 % углерода. Наибольшее распространение в настоящее время находят следующие марки этих сталей: Р18, Р9Ф5. Р6МЗ, Р6М5, Р9К5, Р9К5Ф5. Твердость сталей находится в пределах HRA 62—64, температуростойкость 620—640 °С.

Твердые сплавы делятся на три группы: вольфрамокобальтовую (ВК), вольфрамотитанокобальтовую (ТК) и вольфрамотитанотанталокобальтовую (ТТК). При обозначении марок твердых сплавов процентное содержание карбидов титана (Т), суммарное содержание карбидов титана и тантала (ТТ) и металлического кобальта (К), остальным является карбид вольфрама. В твердых сплавах указанные порошкообразные карбиды соединяются в монолит металлическим кобальтом. В конце обозначения марки твердого сплава могут стоять буквы М, ОМ, Б, что означает зернистость: мелкозернистый, особо мелкозернистый и крупнозернистый.

Твердые сплавы группы ВК (ВКЗМ, ВК4, ВК6М, ВК6-ОМ, ВК8, ВК10-ОМ), группы ТК (Т5К10. Т15К6, ТЗОК4) и группы ТТ (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б).

Твердость указанных марок твердых сплавов составляет HRA 87-91, температуростойкость 800—1250 °С.

Покрытие твердых сплавов тонким слоем (5—15 мкм) карбидов (титана, ниобия), боридов, нитридов позволяет повысить их износостойкость в 5—6 раз.

Основой минералокерамических сплавов (керметов) является корунд—оксид алюминия Al₂O₃. Температуростойкость минералокерамики и керметов составляет 1500—1300 °С.

Сверхтвердые материалы являются синтетическими материалами на основе гексагонального или кубического нитрида бора, который по твердости превосходит керметы и уступает только синтетическому алмазу. Температуростойкость композитов и нитрида бора достигает 1300–1800 °С.

Синтетические алмазы образуются при спекании углерода под высоким давлением и при значительной температуре. В зависимости от технологии выращивания кристаллы алмазов имеют различное строение; следовательно, различные физико-механические свойства и по твердости приближаются к природным монокристаллам алмаза. Температуростойкость алмазов невелика — примерно 650 °С, но она компенсируется их чрезвычайно высокой твердостью, износостойкостью и теплопроводностью.

В процессе резания при перемещении режущего инструмента относительно заготовки ему приходится преодолевать силу сопротивления обрабатываемых материалов пластической деформации, силу сопротивления пластически деформированных слоев металла разрушению в местах возникновения новых (обработанных) поверхностей и силы трения стружки по передней поверхности инструмента и обработанной поверхности о его задние поверхности. Результирующая этих сил называется силой резания Р. Для удобства расчетов силу резания Р рассматривают в декартовой координатной системе XYZ с центром, совпадающим с вершиной разреза 1 (рис. 5), причем ось Y совпадает с геометрической осью державки резца, ось Х параллельна оси вращения обрабатываемой заготовки, а ось Z совпадает с вектором скорости резания υ и проходит через вершину резца — точку 1. При этом опорная плоскость державки резца параллельна плоскости XY, а вектор скорости подачи υ_s проходит через вершину резца — точку 1.

Проекция силы Р на оси ZYX называется соответственно вертикальной (главной) Р_z радиальной Р_y и осевой Р_x составляющей силы резания.

При угле φ == 45° соотношение между составляющими Р_z : Р_у : Р_x = 1 : 0,4 : 0,25. Зная составляющие Р_z, Р_у, Р_x, можно вычислить силу резания по следующей зависимости: .

Механическая работа, затрачиваемая на пластическую деформацию и разрушение металла в процессе стружкообразорания и образования новой поверхности, а также работа сил тренья по передней и задним поверхностям инструмента почти полностью превращается в теплоту. Теплота, выделяемая в зоне резания, нагревает стружку, обрабатываемую заготовку и режущий инструмент, в которых образуются температурные поля. Наибольшая температура, возникающая в процессе резания, не должна превышать температуростойкости инструментального материала.

В процессе резания происходит непрерывный износ режущего инструмента по передней и задним поверхностям.

Износ режущего инструмента во времени протекает монотонно, но не равномерно (рис. 6). В I период происходит приработка режущего инструмента, во II — его нормальный износ, а в III — катастрофический износ режущего инструмента вплоть до его разрушения. Так как разрушение режущего инструмента в процессе его работы недопустимо, необходимо прекратить им процесс резания до наступления периода его катастрофического износа и произвести п ереточку. Время работы режущего инструмента до его затупления h_зкр называется стойкостью, при этом величина h_зкр называется критерием затупления режущего инструмента.

Обработка на токарных станках. Точение производится на токарных станках и применяется для обработки наружных и внутренних тел вращения: цилиндрических, конических, сферических и фасонных.

Обработка на сверлильных станках. Сверлильные станки предназначены для изготовления отверстий в деталях. Для повышения точности и качества отверстий после их обработки используются зенкеры и развертки.

С верла, зенкеры и развертки применяются для изготовления сквозных, глухих, ступенчатых и глубоких отверстий с отношением глубины отверстия к его диаметру более пяти.

О бработка на фрезерных станках. Фрезерные станки предназначены для обработки плоских и фасонных поверхностей, пазов, канавок, выступов, зубчатых колес, наружных и внутренних резьб.

Фрезерование осуществляется режущим инструментом—фрезой, представляющей собой тело вращения, на образующей и(или) торцевой поверхности которого расположены режущие зубья. Главное движение при фрезеровании— вращение фрезы; движение подачи совершает заготовка (иногда фреза).

Фрезы (рис. 10) могут быть самых различных конструкций, из которых наиболее распространенными являются цилиндрические (а), дисковые (б), концевые (в), торцевые (г) и фасонные (д).

Из группы фрезерных станков наибольшее распространение находят горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные и продольно-фрезерные.

В горизонтально-фрезерном станке (рис. 11) шпиндель 6 расположен горизонтально. На станине 2 размещен хобот 7, несущий поддерживающую серьгу 8. Фреза или набор фрез укрепляется в оправке, один конец которой устанавливается в шпиндель 6, а второй — в отверстие серьги 8. Консоль 1 перемещается в вертикальном направлении по направляющим станины 2. По направляющим консоли 1 перемещаются салазки 3. На консоли 7 установлена поворотная плита 5. По направляющим плиты салазок 3 перемещается стол 4, на котором закрепляется обрабатываемая заготовка.

Вертикально-фрезерный станок имеет вертикально расположенную шпиндельную головку, которая при обработке наклонных поверхностей может поворачиваться в вертикальной плоскости. Продольно-фрезерные станки предназначены для обработки крупногабаритных и тяжелых заготовок.

Обработка шлифованием. Шлифованием называется способ обработки материалов резанием, осуществляемый массовым скоростным (υ=8—50 м/с и более) микрорезанием (царапаньем) поверхностных слоев твердых тел большим числом мельчайших зерен, сцементированных в инструмент с помощью связки.

Процесс шлифования используется как завершающая чистовая обработка с получением размером детален с точностью по 6—7-му квалитетам и шероховатостью поверхности R_а=0,08 — 0,32 мкм и как обдирочная обработка при очистке литья, поковок и т. д. Шлифование осуществляется особым видом инструментов — шлифовальными кругами.