Лекции по "Станки и станочное оборудование"

Чем грубее обработана деталь, тем  меньше ее износостойкость. Наличие  микронеровностей вызывает концентрацию напряжений во впадинах гребешков, что  приводит к появлению трещин и  снижает прочность деталей (особенно работающих при знакопеременных нагрузках).

Шероховатость на деталях после  обработки оказывает значительное влияние на коррозионную стойкость. Очаги коррозии образуются в первую очередь во впадинах. Чем чище обработана поверхность, тем выше ее коррозионная стойкость.

Шероховатость оказывает влияние  на стабильность подвижных и неподвижных  посадок. Значительная шероховатость  изменяет расчетную величину зазора или натяга.

Высота неровностей на обработанной поверхности зависит от величины подачи, геометрии резца (радиуса резца при вершине, главного и вспомогательного углов в плане   и  ). Кроме того, высота неровностей зависит от обрабатываемого материала, скорости резания, нароста, износа резца, вибраций и т.д.

Общая высота неровностей складывается из расчетной (теоретической) части  шероховатостей и шероховатостей, возникающих от технологических факторов.

При обработке резцом, для которого радиус при вершине  =0, теоретическая высота неровностей равна

где S – подача, мм/об;  ,  - главный и вспомогательный углы в плане, град.

При  :

.

Зависимость приближенная, так как  не учитывает влияние технологических  факторов. Высота неровностей возрастает с увеличением подачи, а также углов   и   и уменьшается с увеличением радиуса  .

Влияние технологических факторов на шероховатость поверхности:

1.Скорость резания. В диапазоне  скоростей резания, где нарост  имеет максимальное значение, получается наибольшая шероховатость. Так, для стали средней твердости наибольшая шероховатость поверхности получается в диапазоне 15-30 м/мин.

2.Глубина резания непосредственно  не влияет на высоту микронеровностей.

3.Чем выше вязкость обрабатываемого материала, тем больше высота шероховатостей.

4.Применение СОЖ уменьшает размеры  неровностей.

На шероховатость обработанной поверхности влияет шероховатость  на режущей кромке инструмента. Она  копируется и непосредственно переносится  на обработанную поверхность.

 

3.

Геометрические параметры  токарных резцов

При выборе токарного резца следует  учитывать целый ряд требований, обеспечивающих высокую производительность и точность обработки. Это

• материал режущей части резца;
• геометрия режущей части;
• прочность и виброустойчивость державки и режущих кромок;
• форма и размеры пластинки инструментального материала;
• способ и конструкция крепления пластинки инструментального материала (если используются пластины с механическим креплением);
• способ стружколомания;
• размеры, шероховатость, геометрия и конструкция гнезда для крепления пластины инструментального материала.

Все перечисленные факторы определяют выбор оптимальных режимов резания  – глубины, подачи и скорости.

Главными критериями выбора геометрических параметров резца являются:

• стойкость инструмента (время образования на его задней или передней поверхности допустимой величины площадки износа);
• размерная стойкость инструмента (допустимое изменение его настроечного размера);
• поддержание заданной шероховатости обработанной поверхности;
• уменьшение амплитуды автоколебаний в ходе рабочего процесса.

При выборе резца следует учитывать  такие параметры, как его углы. Они измеряются в секущих плоскостях и обозначаются греческими буквами.

К основным углам относятся главный задний угол, передний угол, угол заострения и угол резания. Все они находятся в главной секущей плоскости — перпендикулярной главной режущей кромке и основной плоскости.

Главным задним углом (его принято  обозначать буквой «альфа») называется угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Его назначение — уменьшение трения задней поверхности резца о заготовку. Увеличение заднего угла вызывает уменьшение угла заострения, что влечет за собой снижение прочности лезвия и увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности. Уменьшение заднего угла, в свою очередь, повышает трение, что ускоряет износ резца и снижает качество обработки.

При обработке твёрдых материалов величины задних углов снижаются, а  при работе с более мягкими  — увеличиваются. Рекомендуемые значения главного заднего угла зависят от типа резца и указываются в таблицах.

Угол между передней и главной  задней поверхностями резца (обозначается буквой «бетта») называется углом заострения.

Передний угол («гамма») - это угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проведенной через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания.

Назначение переднего угла - уменьшить  деформацию срезаемого слоя и облегчить  сход стружки. Увеличение угла облегчает  процесс резания и позволяет снизить усилие подачи резца, но прочность режущего клина снижается. Отклонение величины переднего угла всего на 5 градусов от рекомендуемых оптимальных значений может вызвать снижение стойкости резцов почти в три раза. Уменьшение переднего угла повышает стойкость резцов.

И наконец, угол резания («дельта») - угол между передней поверхностью резца  и плоскостью резания.

Кроме того, существуют вспомогательный  задний угол, главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, угол при вершине резца и угол наклона главной режущей кромки.

Вспомогательным задним углом называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую  кромку перпендикулярно к основной плоскости. Этот угол измеряется на вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к вспомогательной режущей кромке и основной плоскости. Аналогично главному заднему углу он обозначается как «альфа1».

Угол между главной режущей  кромкой и направлением подачи называется главным углом в плане и  обозначается буквой «фи». Его назначение – изменять соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных глубине резания и подаче. При уменьшении угла повышается прочность вершины резца, но силу приложения приходится увеличивать. При этом повышается трение об обрабатываемую поверхность и возникают вибрации. Выбор величины главного угла в плане зависит от условий обработки,, конструкции резцов и особенностей крепления пластин. Значение угла «фи» может быть 90, 75, 63, 60, 50, 45, 35, 30, 20, 10 градусов, что позволяет подобрать угол , наиболее соответствующий конкретным условиям.

Резцы с малыми углами от 10 до 20 градусов применяются при обработке массивных  деталей на тяжелых станках. Нежесткие  изделия обрабатывают под углами 60-75 градусов, а угол 90 градусов применяется при наличии на заготовке ступеней с торцами.

Вспомогательным углом в плане  называется угол между вспомогательной  режущей кромкой и направлением подачи (по аналогии обозначается «фи1»). Уменьшение угла снижает шероховатость  обработанной поверхности.

Угол, образованный пересечением главной  и вспомогательной режущих кромок, называется углом при вершине. Его  значение обозначается буквой «эпсилон».

Главная режущая кромка резца может  иметь различные углы наклона  с линией, проведенной через вершину  резца параллельно основной плоскости.

Угол наклона режущей кромки обозначается буквой «ламбда». Изменение  этого угла позволяет управлять  направлением схода стружки и  условиями контакта резца с заготовкой. Значения 12-15 градусов следует применять  при черновой обработке и прерывистом резании с ударами. При точении закаленной стали значение «ламбды» следует принять от 25 до 35 градусов. При чистовой обработке детали используются резцы, угол наклона режущей кромки которых меньше или равен нулю.

 

 

3-а.

Стр. 15-17

4.

 

При резании  на контактных поверхностях режущего инструмента возникают давления (тысячи атмосфер) и одновременно выделяется много тепла (температура резания сотни, а иногда и тысячи градусов). Также в процессе обработки происходит скольжение и трение обрабатываемого материала по контактным поверхностям режущего инструмента. Поэтому материал режущего инструмента должен обладать свойствами, создающими ему работоспособность. Качество инструментального

материала оценивается  физико-механическими свойствами, зависящими от структурного состояния или химического состава.

Твердость режущего инструмента (РИ) колеблется в пределах от 62...64 единицы и измеряется, в основном, по шкале HRC, твердомером. При твердости HRC<62 существенно возрастает изнашиваемость лезвий режущего инструмента, а при HRC>64 лезвия выкрашиваются из-за излишней хрупкости. Твердые сплавы и минералокерамика имеют твердость близкую к твердости алмаза. Металлорежущим инструментом (МРИ) из инструментальной стали с твердостью 62...64 HRC обрабатывают, в основном, все конструкционные материалы с твердостью до 30...35 HRC. Наиболее распространенная твердость конструкционных материалов — 12...20 HRC.

Конструкционные материалы  с твердостью выше 35...40 HRC обрабатывают твердыми сплавами, минералокерамикой или эльбором (кубический нитрит бора), а в особых случаях алмазами (синтетическими или натуральными).

Прочность. Силы резания, возникающие при работе режущего инструмента, вызывают в материале лезвия и корпуса напряжения сжатия, изгиба, а иногда и кручения. Для того чтобы не произошло разрушение, инструмент должен быть достаточно прочным. Наибольшей прочностью обладают термообработанные, быстрорежущие стали, менее прочные — низколегированные и углеродистые стали.

Твердые сплавы, минералокерамика, эльбор и алмаз имеют высокие прочностные показатели при сжатии, но при растяжении они в 4-5 раз меньше. Поэтому при проектировании режущего инструмента необходимо, чтобы лезвие имело напряжения сжатия, а не изгибов.

Теплостойкость. В процессе резания непрерывно выделяется тепловая энергия эквивалентная механической работе затраченной на резание. В инструментальных материалах, из которых изготовлено лезвие и прилегающие к лезвию части корпуса инструмента, создается тепловое поле с максимальной температурой на контактных поверхностях инструмента. Под теплостойкостью понимают способность инструментального материала сохранять при нагреве свою структуру и свойства,  необходимые для резания.

Теплостойкость  характеризуется температурой, при  которой материал сохраняет определенную установленную ранее твердость (температура красно стойкости). Для разных марок инструментальных материалов, в зависимости от структурного и фазового состава, эта температура колеблется от 200...1000°C .

Теплопроводность — это способность отводить тепло. Присутствие кобальта (Co) в быстрорежущих сталях и твердых сплавах существенно увеличивает теплопроводность. Для быстрорежущих сталей (БРС) таким же свойством обладает молибден (Mo). А ванадий (V) и вольфрам (W) снижают теплопроводность.

Износостойкость — способность инструментального материала сопротивляться разрушению истиранием. Причиной потери режущих свойств у всех инструментов является износ, то есть диспергирование и унос части инструментального материала составляющего лезвие инструмента, и, следовательно, нарушение исходной формы и геометрических параметров режущего инструмента.

Износ — сложный недостаточно изученный процесс, зависящий от множества факторов. Важнейшие из них: нормальное давление; скорость взаимного скольжения инструментального материала (ИМ) и обрабатываемого материала (ОМ); температура в зоне резания.

Износостойкость количественно выражается работой  силы трения затраченной на превращение единицы массы инструментального материала в продукт износа

 

R = A_  [H*м]

      ΔM      мг

где:

♦ A — работа силы трения;

♦ ∆M = cL^m— масса диспергированного материала;

♦ L — путь скольжения;

♦ c, m — коэффициенты, зависящие от свойств материала.

 

Классификация инструментальных материалов.

1. Углеродистые  стали. ГОСТ 1425-74, марки: У10А, У12А, θC= 220°C.

2. Легированные  инструментальные стали. ГОСТ 12265-72, марки: ХВГ, ХВ5, 9ХС, θC= 250°C.

3. Быстрорежущие  стали (с содержанием вольфрама (W) — обозначается Р). ГОСТ 19265-73, θC=550−580°C. Марки:

♦ С максимальным количеством вольфрама: Р18, Р18Ф2, Р14Ф4 и другие.

♦ Со средним  количеством вольфрама: Р9Ф5, Р9К5, Р9К5Ф5 и другие.

♦ С низким содержанием  вольфрама: Р6М5.

4. Твердые сплавы. θC≈ 900°C .

♦ Однокарбидные: ВК8, ВК6 и другие.

♦ Двукарбидные: Т15К6 (в нем: карбида титана (Ti) — 15%, Кобальта (Co) — 6%, а остальное — карбид вольфрама (W)) и другие.

♦ Трехкарбидные: ТТК и другие.

5. Минералокерамика. Марка: ЦМ332, θC≈125°C .

6. Алмазы (натуральные  и синтетические). θC=850 −1000°C.