Лабораторная работа № 5
Устройство и назначение токарных станков, ознакомление с элементами резания .
5.1 Цель работы.
5.1.1. Изучить устройство и назначение токарного станка и элементы режимов резания при точении.
5.1.2. Ознакомиться с технологией обработки заготовок на токарных станках.
Вводная часть
Физико-механические основы обработки металлов резанием
Обработкой металлов резанием называют процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовок слоя металла и шероховатости поверхности детали.
Современная промышленность использует большое разнообразие методов и схем обработки заготовок. Для проведения процесса резания необходимо осуществить относительные движения заготовкой детали и режущего инструмента.
Движение, при котором осуществляется срезание с заготовки слоя металла, называют движением резания. Движение, определяющее скорость отделения стружки называют скоростью резания. Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои называют движением подачи. Движение подачи может быть поступательным, вращательным, поперечным, продольным и т.п.
Движение рабочих органов станка, при котором обеспечивается требуемое положение инструмента относительно заготовки, называется установочным движением.
Движение рабочих органов станка, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания (транспортировка, закрепление детали и т.п.) называют вспомогательными.
Существуют специальные схемы обработки, изображающие форму заготовки, ее установку на станке, положение режущего инструмента. Элементами процесса резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Совокупность этих величин называют режимом резания.
Скоростью резания называют путь точки режущего инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Измеряют ее в м/мин при всех видах обработки резанием, кроме шлифования, полирования, где ее измеряют в м/сек.
Подачей называют путь точки режущего инструмента относительно заготовки в направлении главного движения за один оборот или за один двойной ход. Размерность подачи при точении и сверлении – мм/об, при строгании – мм/дв. ход, при фрезеровании – мм/мин.
Основное технологическое время резания – это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки.
Основной инструмент при токарном производстве – резец. Он состоит из рабочей части и стержня, служащего для крепления.
Рабочая часть резца состоит из нескольких элементов: передней поверхности, с которой сходит стружка, главной задней поверхности, обращенной поверхностью резания к заготовке, вспомогательной задней поверхности, обращенной к обработанной поверхности.
Рабочая часть резца состоит из главного режущего лезвия и вспомогательного режущего лезвия.
Положение рабочей части резца в пространстве относительно координатных плоскостей называют углами резца. Различают главный передний угол, главный задний угол, вспомогательный задний угол, угол наклона главного режущего лезвия.
Явления, возникающие в процессе резания
Процесс резания можно описать следующей схемой. При вдавливании резца в металл в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые, накапливаясь, могут переходить в пластические. В материале заготовки возникает сложно-напряженное состояние. Увеличение пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям в зоне стружкообразования. Срезаемый слой, деформированный в зоне стружкообразования, превратившись в стружку, получает дополнительную деформацию за счет трения стружки о переднюю часть резца.
Характер деформации зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания.
При резании металлов с различными физико-механическими свойствами возникают три вида стружки: сливная, скалывания и надлома.
Работа А, затрачиваемая на деформацию и разрушение металлической заготовки силой Р, действующей со стороны режущего инструмента, движущегося со скоростью V, определяется произведением А = Р×V. Работа эта состоит из трех частей: А = Ау + Ап + Ат, где Ау – работа, затрачиваемая на упругое деформирование металла, Ап – на пластическое деформирование и разрушение, Ат – работа, затрачиваемая на преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента.
Сопротивление металла резанию вызывает появление реактивных сил, действующих на резец.
При обработке пластичных материалов резанием на передней части инструмента может образоваться слой металла, который называют наростом.
Нарост образуется потому, что геометрическая форма инструмента не является идеальной с точки зрения обтекания ее металлом, силы трения между инструментом и частицами срезаемого слоя становятся больше их сцепления, и металл оседает не поверхности инструмента.
Нарост существенно влияет на процесс резания. Причем это влияние может быть двояким – положительным и отрицательным.
Положительное влияние заключается в уменьшении сил резания, вследствие увеличения переднего угла резания, а, следовательно, в уменьшении износа инструмента. Отрицательное влияние связано с увеличением шероховатости обрабатываемой поверхности, изменении размеров обрабатываемой поверхности и появлением на ней волнистости. При этом возникает еще вибрация узлов станка и инструмента, что тоже снижает качество обрабатываемой поверхности.
Механическая работа, затрачиваемая на срезание стружки, превращается в тепло. Причинами появления теплоты являются упругопластические деформации, трение. Наибольшее теплообразование имеет место в зоне стружкообразования, при контакте стружки с передней поверхностью инструмента, а также в зоне контакта задней поверхности инструмента с заготовкой. Количество теплоты, выделяющейся в процессе резания (в Дж/мин) приближенно оценивают из соотношения: Q = Pz ×V.
Теплообразование отрицательно действует на процесс резания. При повышении температуры режущего инструмента снижается его твердость. При этих условиях увеличивается скорость изнашивания инструмента, меняются его геометрические размеры, что сказывается на точности обрабатываемых заготовок. Нагрев заготовки также меняет ее геометрические размеры, в результате чего меняется глубина резания и, следовательно, точность формы и размеров детали.
На температуру резания (наивысшую температуру разогрева инструмента) большое влияние оказывает режим резания. При скоростях резания до 400 м/мин, температура разогрева инструмента быстро растет, при дальнейших увеличениях скорости резания температура меняется несколько медленнее.
Глубина резания на температуру резания оказывает наименьшее влияние, что связано с улучшением условий теплоотвода.
Наличие трения между стружкой и поверхностью режущего инструмента приводит к износу режущего инструмента. Изнашивание инструмента может сопровождаться выкрашиванием отдельных частей лезвия резца. При высоких температурах поверхностей слой инструмента может покрываться окисной пленкой, происходит окислительное изнашивание инструмента. При больших контактных давлениях и температурах начинает проявляться адгезия (схватывание материала инструмента со стружкой), которая также ускоряет изнашивание инструмента.
В условиях сухого и полусухого трения преобладающим является абразивное изнашивание инструмента.
Количественной характеристикой износа инструмента является критерий износа – величина износа инструмента – n по задней поверхности инструмента.
Стойкостью инструмента называется время его работы (в мин) между переточками на определенных режимах резания. Период стойкости токарных резцов обычно составляет 30-90 мин.
При обработке резанием обычно используют охлаждение и смазку. Смазочно-охлаждающие вещества оказывают благоприятное влияние на процесс резания и качество обрабатываемой поверхности.
Смазочно-охлаждающие материалы могут быть жидкими, газообразными и твердыми. К жидким относятся эмульсии, растворы мыла, минеральные и растительные масла и эмульсии с добавками твердых веществ (графита, парафина, воска и др.). К газообразным относят газы СО2, CCl4, азот, распыленные жидкости (туманы) и пены. к твердым веществам относят воск, парафин, порошки мыл, битум и др.
Под точностью обработки понимают отклонение размеров обработанной поверхности детали от ее конструкционных размеров, указанных в чертеже.
Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности обработанной детали.