Лекция №2
|
Угол при вершине ε – это угол между главной и вспомагательной плоскостями резания.
В главной плоскости находится угол наклона режущей кромки λ- это угол наклона между режущей кромкой и основной плоскостью.
Если вершина резца найнизшая точки режущей кромки, то λ положительный, найвысшее – отрицательное. В главной секущей плоскости находятся главные углы α, β, γ.
Главный заданый угол α – это угол между главной задней поверхностью лезвия и плоскостью резания.
Главный угол заострения β – это угол между главной задней и передней поверхностями лезвия.
Главный передний угол γ – это угол между передней поверхностью и основной плоскостью.
Угол φ – главный угол в плане всегда положительный и равен 30 ....45....60.....90˚.
С увеличением угла φ (при постоянной подаче и глубине резания) увеличивается толщина стружки и удельная нагрузка на режущую кромку, но уменьшается радиальная сила Ру. Поэтому углы φ = 90 ˚ применяется для нежестких металлов и ступенчатых валов.
φ1 = 10....15, а отогнутых проходных = 45.
Угол λ влияет на направление схода стружки. Обычно = 0˚.
Угол α всегда положительный =5....15˚. для фасоных резцов перетачиваемых по передней поверхности = 0.5......2˚.
Угол γ положительный и отрицательный. Если вершина резца найнизшая точка ┴ то γ - отрицательный, если найвысшая – то положительный.
При обработке вязких материалов γ = 10....15˚.
При обработке чугунов γ = 0....5˚. Для закалённых твёрдых сталей γ=90˚
Инструментальные материалы.
Они оказывают важное значение на производительность обработки.
Основные требования; высокая твёрдость и износостойкость, высокая прочность и красностойкость; хорошо обрабатывается резанием, мало коробится при термообработке; быть дешёвым.
Широко применяются:
1) углеродистые – инструментальные стали У7.....У13А (сод. угл. 0.1%). Применяется для изготовление слесарного инструмента (зубило), для режущего инструмента работающего при v<10 м/мин. При t = 200 –250˚С они теряют твёрдость, которая после закалки и температурного отпуска HRC 60....63.
2) Легированые инструментальные стали. Закаливаются в масле и мало коробятся.
Пример Ст 9ХС (0.9%С)
Высокая прочность и равномерное распределение карбидов по сечению. Рименяют для мелкозубчатого инструмента (развёртки) при v<15 м/мин.
Пример: СтХВГ (хром, вольфрам, марганец). Высокая прочность, мало коробится. Применяется для изготовления длинного инструмента.
3) быстрорежущие стали. Обознач. Р , после которой стоит % содержащий вольфрама.
Найболее старые стали Р18, Р9 обладающие высоким качеством, сейчас почти не применяются из-за высокого содержания вольфрама.
Сейчас применяются стали легированые ванадием Ф, молибденом М, кобальтом К, которые повышают прочность и режущие свойства, но понижают шлифуемость.
Найболее широко применяют Р6М5 (вольфрама 6%, молибдена 5%), Р6М3. Эти стали красностойки = 600 – 620˚С и допускают скорость v<25 – 30 м/мин.
Стали повышеной производительности Р9К6, Р9К10 имеют стойкость в 2 – 3 раза выше, но хуже шлифуются. Их красностойкость 630 – 670 °С, твёрдость HRC 62.....65.
Быстрорежущие стали отличаются высокой прочностью и их применяют для изготовления сложного фасонного инструмента (сверло, зубо- и резьбообразующие инструменты).
4) металлокерамические твёрдые сплавы. Состоят из карбида, вольфрама, титанаи тонтала, связаных чистым кобальтом. Их получают методами порошковой металургии.
Твёрдые сплавы делятся на 3 группы:
· однокарбидные, вольфрамо-кобальтовые тв. сплавы типа ВК состоящих из карбидов вольфрама связаных кобальтом.применяются для обработки хрупких металлов. Их х-ки см. рис. 2.1.
| Содержание кобальта | Прочность Gв, МН | Твёрдость HRA | Область применения | |
   ВК2
ВК3М
| % | Для чистовой обра- ботки (боится удар- ных нагрузок) | ||
  ВК4
ВК6М
| Для получистой обработки | |||
   ВК6
ВК8
ВК10
ВК10М
| Для черновой обработки | |||
   ВК15
ВК20
| Для изготовления штампов |
С увеличением % содержания кобальта повышается прочность и снижается твёрдость.
· Двухкарбидные твёрдые сплавы типа ТК.
Состоят из карбидов вольфрама, карбидов титана и связаны чистым кобальтом.
Т15К6(15% титана, 6% кобальта)
Т14К8, рис.2.2.
Применяют для обработки стали, кроме стали легированой.
· Трёхкарбидные твёрдые сплавы, состоящие из карбидов вольфрама, титана и тантала, связаны чистым кобальтом.
ТТК:
ТТ7К12 (Тi + Ta =7%, Co 12%)
ТТ7К15
Твёрдые сплавы отличаются высокою твёрдостью HRA 87.....92. красностойкость 800....1000°С.
Допускают скорость резанья при чистовой обработке 150.....200 м/мин, при черновой 100....120 м/мин. Но они менее прочные, чем обычные стали. Твёрдые сплавы применяются, в основном, для изготовления простого инструмента типа резцов. Пластинки твёрдого сплава припаивают или механически крепят к держалкам.
5) минералокерамические пластины типа ЦМ332.
Получаются из глинозёма Al2O3 путём пресования и термообработки.
Их твёрдость HRA 95.
Красностойкость 1200°С.
Но они очень хрупкие и применяются редко для тонкой обработки и обработки цветных металлов.
6) натуральные технические алмазы 0.3....1.5 карат (1 карат 0.2 грамма). Запаивают в держалках и применяют для чистовой обработки цветных металлов. Твёрдость HRA 100. Красностойкость 800°С. высокая теплопроводимость и малый коэфициент трения о металл. v<500 – 1000 м/мин.
7) Для изготовления абразивных инструментов широко применяются сверхтвёрдие синтетические материалы на базе кубического нитрида бора (эльбор, композиты, а также синтетические алмазы).
8) На базе кубического нитрида бора для изготовления лезвийного инструмента применяется телекристалические пластины типа: эльбор- Р, гексанит- Р.
Эльбор- Р применяется для тонкой обработки. Допускается высокая скорость резания.
Можна обрабатывать закалёные материалы. Но он хрупкий. Его стойкость в 10 – 15 раз больше чем в твёрдых сплавах.
Гексанит- Р применяется для изготовления лезвийного инструмента, работающего при ударной нагрузке, но при чистовой обработке. Обрабатывает закалёные стали.
Лекция №3
Основы обработки материалов резанием
§1. Элементы режима резания при точении.
|
При обработке нас интересует качество и производительность, т.е. время обработки.
Основное время обработки То:
To = Li/Sm = Li/Son
L – длина обработки в направлении обработки с учетом врезания и перебега;
Sm – минутная подача;
i- число проходов;
n – частота вращения шпинделя.
Из 2-х скоростей выбираем одну и определим n:
n = (1000*v)/(π*D) об/мин;
D – наружрый диаметр заготовки;
i= Zобщ/t
Zобщ – суммарный припуск на обработку;
t – глубина резания;
To = (L*Zo*π*D)/(t*So*1000*v) = c/t*So*v)
c = (L*Zo*π*D)/1000.
Т.е. основное время отработки зависит от глубины резания t, подачи S, скорости v, которые являются элементом резания.
Глубина резания – толщина слоя срезаемого за один проход, замереное ┴ к обработаной поверхности.
t= (D – d)/2 (рис 1.3)
при одной и той же глубине резания и подаче форма срезания зависит от φ. С увеличением φ увеличивается ширина срезаемого слоя в и уменьшается его толщина а, т.е., уменьшаются удельные тепловые и силовые нагрузки на режущую кромку.
a = So*sinφ b = t/sinφ
схема обработки пластинчатых материалов при свободном прямодольном резаньи ( в обработке участвует только главная режущая кромка φ = 90˚, λ = 0˚) рис 3.2.
вначале при внедрении резца в металл он испытывает упругие деформации, которые при достижении предела текучести переходят в пластические, и дальше металл разрушается, т.е., срезается стружка. Впереди режущего клина находится зона деформации АОЕ ограниченая начальной АО и конечной ОЕ поворотами скольжения, вдоль которых происходят начальные АО и конечные ОЕ пластинчатые сдвиги металла. При реальной скорости резания эта зона сужается и практически распологается в плоскости ОF названой плоскостью скалывания. Срезаная стружка проходит по передней поверхности резца,
контактируя с ним на длине lи дополнительно формируется, т.е., сжимается. Чем больше деформация стружки, тем хуже резание.
Степень деформаци стружки определяет коэфициент усадки стружки:
ζ = L/L1 = F1/F
L – длина пути обработки;
L1 - длина стружки, срезаной на этом пути;
F1 – площадь поперечного сечения срезаемой стружки;
F – площадь поперечного сечения среза F = t*S
3.2. Сущность процесса резания и стружкооброзования
|
Выяснение сущности процесса резания необходимо для повышения производительности и качества обработки, повышения стойкости инструмента и уменьшение затрат энергии.
Обрабатываемые материалы условно делятся на хрупкие и пластичные.
Хрупкие – материалы, которые разрушаются в пределах прямой пропорциональности (до т.А рис 3.3.), т.е., до наступления пластической деформации.
Пластичные материалы – материалы, которые разрушаются примерно в т. В кривых Гука, т.е., при достижения предела текучести. В этом случае срезаная стружка и обработаная поверхность пластически деформируются (наклепаны). ζ = 1.....6 (1.3.....3) – чаще.
Степень деформации стружки можно определить по её внешнему виду рис. 3.4.:
Если стружка срезаная в виде отдельных элементов правильной трапецеевидальной формы, то это элементная стружка.
Если стружка отделяется в виде витков со следами поверхностного скалывания, по которым сружка легко ломается – суставчатая стружка.
Если стружка сходит в виде сплошной прочной ленты – сливная стружка.
При обработке хрупких материалов образуются отдельные элементы стружки - (сыпучая) неправильной формы стружка.
Наиболее деформированая – элементная стружка, наименее – сливная.э
На степень деформации стружки оказывает влияние:
1. вид обрабатываемого материала;
2. геометрия инструмента;
3. режим резания (t, S, v)
для Ст45 v = 1.5 м/мин – элементная;
v = 5.....10 м/мин – суставчатая;
v = >15 м/мин – сливная.
Т. е., резание с высокой скоростью дает не только высокую производительность, но и минимальные затраты энергии.
Образование нароста.
При образовании пластичных материалов в резбе больших давлений и температур может наступить момент, когда коэф. трения стружки о переднюю поверхность резца больше коэфициента внутренего трения в слоях размягченной стружки. При этом на поверхности резца образуется прочно припаяная застойная зона, которая при v = 10....50 (25-30) м/мин увеличивает образуемый нарост.
Образование нароста желательно при черновой обработке (предохраняет резец от износа, уменьшает силу резания) и не желательно при чистовой обработке (снижает качество поверхности, трудно выдержать размеры).
Силы резания и их расчет.
Все элементарные силы резания действующие на лезвие инструмента приводят к одной суммарной силе резания Р (рис 3.6), которая раскладывается на Р = Рx + Рy + Рz.
Рz – главная сила резания, направление которой совпадает с направлением главного движения резания. Она максимальная по твеличине и действует с максимальной скоростью. На её реализацию расходуется 98% резания. При вращении ГДР она действует по касательной и называется касательной силой резания.
Рy - нормальная (радиальная) сила резания, направленая перпендикулярно обрабатываемой поверхности и проходящая через ось вращения заготовки. Так как в ее направлении нет перемещения, то она не влияет на мощность резания (Nрез), но влияет на точность обработки.
Рx – осевая сила резания совпадающая с направлением подачи и паралельна оси вращения ГДР. На её реализацию идёт 2% мощности.
При обработеке резцом с φ=45°, γ = 15°, t >S
Рz : Рy : Рx =1 : 0.4 : 0.25
Рz = Cpz *t ˆxpz *Soˆ ypz *vˆn*K
Cpz – коэфициент зависящий от вида материала;
хpz, ypz , n – табличные показатели степени;
К – поправочный коэфициент;
К = Км*Кц*К*Кг*Кh*Ксож.
К – учитывает влияние состояние материала, углов φ и γ, радиуса при вершине r, величины затупления h и наличии СОЖ (смазочная охлаждаемая жидкость).
Лекция №4
Рz оказывает основное влияние на Nэ.
Nэ = (Pz*v)/(60*102) = Pz*v (Вт)
На силы резания существенно влияет вид обрабатываемого материала. При обработке пластичных материалов из-за затрат на энергию на пластичную деформацию, силы резания = в среднем в 1,5 .....2,0 больше чем при обработке аналогичных хрупких металов.
3.4. Работа, расходуемая на процесс резания
Она состоит из:
работы, затрачиваемой непосредственно на отделение струйки и образование новой поверхности, она составляет близко 2% всей работы резания. Это полезная работа.
работа, затрачиваемая на пластическую деформацию срезаемого слоя и стружки.
работа на преодоления сил трения инструмента о стружку и о обрабатываемую поверхность.
3.5. Тепловые явления при резании металлов.
Так как при резании затрачивается работа, то выделяется большое количество тепла. Основные источники тепловыделения теже, что и затрат работы.
Тепловые потоки (рис 3.8) расп-ся от зон с более высокой температурой к зонам с более низкой температурой.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Qобщ = Qстр+Qинстр+Qзаг+Qокр ср
50 –86%, 4 – 10%, 9 – 3%, 1%
с уменьшением теплопроводимости обрабатываемого материала большее количество тепла уходит в инструмент, поэтому нержавеющие стали трудно обрабатывать, а при сверлении деревяных и пластммасовых деталей сверла “горят”.
Найболее высокая температура резания наблюдается в точке А, расположенной приблизительно на половине длины контакта стружки с передней поверхностью инструмента.
Из режимов резания найбольшее влияние на температуру в зоне резания оказ-ывает скорость, значит меньшее влияние оказывает S и T (подача и глубина резания). Обычно температура в зоне резания составляет от нескольких десятков до 1000 и более ˚С.
С повышением температуры снижается стойкость инструмента, а также качество обработки из-за тепловой деформации, особенно в переходный период.
Снижать температуру в зоне резания можно 2 путями:
1) снижение режимов резания не рекомендуется.
2) Применение СОЖ.
Влияние СОЖ нана процесс резания.
.....оно двояко.
1. СОЖ попадая в зону резания снижает температуру (70 - 130˚С).
2. СОЖ смаз-ывает трущиеся поверхности в зоне резания уменьшает μ (коэфициент трения), облегчает условия стружкообразования и косвенно снижает температуру в зоне резания.
Найболее эффективно применние СОЖ, содержащее поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые адсорбируются поверхностью инструмента образуя на ней прочные плёнки, снижающие μ (коэфициент трения) в 3 – 5 раз.
Найболее широко применяется СОЖ на водной и масленной основе, сод. в качестве ПАВ животные жиры, растительные масла, жирные кислоты (олеиновые, стеориновые), сера, хлор.
При черновой обработке применяют СОЖ на водной основе типа 5....10% раствора эмульсона (Э2 – Б), обладающих высокой охлаждающей способностью.
При чистовой обработке резьбы применяют СОЖ на масляной основе, позволяющей получить высокое качество поверхности. Широко применяется сульфофрезол(высокосульфицированое масло). В последнее время применяются новые СОЖ типа МР1, МР2, которые нетоксичные.
Наиболее эффективное применение СОЖ при обработке пластичных материалов. При обработке других материалов (хрупких) и высоких скоростях резания эффективность СОЖ снижается.
Для обработки алюминиевых сплавов применяется скипидар, для нержавеющей стали – олейновую кислоту. СОЖ в зоне резания подают на рис 3.9 оливом сверху (а).
Более эффективная подача СОЖ под давлением до 0.5 МПа снизу, или через клапаны в инструменте.
Износостойкость режущего инструмента.
Так как в зоне резания при высоких давлениях 3....10 ГПа и температурах имеется место относительного проскальзывания инструмента, стружки и заготовки, то инструмент усилино изнашивается.
Различаются следующие виды износа:
1. Абразивно-механический, т.е., царапание материала инструмента твёрдыми включениями (формовочный песок, стружка, карбиды, окалина).
Приварирует при низких скоростях, характерных для углеродистых или легированых инструментальных сталей.
2. абразивный износ. В результате схватывания контактной поверхности со стружкой и обработаной поверхностью. Преобладает при средних скоростях, характерных для быстрорежущих инструментальных сталей. Найболее сильно пороявляется при химродстве обрабатываемого материала и материала инструмента.
Характерны при обработке твёрдосплавным инструментом.
Различают формы износа:
· рмущественно по задней поверхности. Наблюдается при обработке пластичных материалов с небольшой толщиной среза а<0.1 мм и ри обработке хрупких материалов.
· Приимущественно по передней поверхности с образованием лунки глубиной h. Наблюдается при обработке пластичных материалов при а>0.5 мм, ри обработке с отрицательными передними углами и при диффузионном износе.
· Одновременно по задней и передней кромках 0.1 <а<0.5 мм.
· При обработке материалов с малой теплопроводимостью.
Кривая изоса инструмента по времени.
1 – зона приработки
|
2 – нормальный износ
3 – катастрофический износ
При черновой обработке рекомендуется работать в 1 и 2 зоне, т. е. по критерию максимальной суммарной стойкости инструмента.
При чистовой обработке по критериям качествам т. е. инструмент работает до тех пор, пока обеспечивается требуемое качество обработки.
Обычно величина износа по 2-му критерию меньше, чем по первому.
Для преодоления времени работы инструмента вводится понятие периода стойкости Т – времени работы инструмента до критического износа (мин).
Из элементов режима резания максимально влияние на Т оказывает скорость, подача и глубина резания.
Т = СТ /vˆz
CT – коэфициент;
Z – 5....7
С увеличением скорости в 2 раза период стойкости уменьшается в 32 раза.
Т = 60 мин – для одноразовой обработки;
Т = 2 – часа – для многоразовой;
Т = 4 – 8 часа – для обработки на автоматических линиях
Чем дороже инструмент, тем больше период износостойкости.
Лекция №5
Расчет режимов резания при точении
Отимальный режим резания – это режим обеспечивающий максимальную производительность и минимальную себестоимость обработки при достижении требуемого качества.
Мы будем определять режим резания близкий к оптимальному когда будут учитываться режущие свойства инструмента и мощность оборудования.
Исходные данные:
1. Обрабатываемый материал и его физические и химические свойства.
2. Величина припуска
3. Способ установки и крепление заготовки
4. Паспортные данные станка: n об/мин, So, Nэл.дв., Р (продольная сила).
Порядок расчета:
1. Подбирают материал режущего инструмента (РИ)
2. Подбирают геометрию РИ
3. Определяют элементы режима резания S, v, t, i.
i – число переходов.
Для нахождения порядка расчетов режима, рассмотрим формулу производительности при точении.
Обьем стружки:
Q = F*v = S*t*v
Где F – площадь поперечного сечения.
vинструмента =( Cv/(Tˆm*tˆxv *Sˆyv ))*Kv
Cv – коэфициент, зависящий от вида обрабатываемого материала;
t – глубина резания;
T – период стойкости РИ;
S – подача;
Kv – поправочный коэфициент;
Покажем, что при увеличении глубины резания в 2 раза скорость уменьшится на 10%, а Q увеличится в 1,8 раза.
При увеличении S в 2 раза скорость уменьшится на 22%, а Q увеличится в 1.56 раза.
Выводы:
Для достижения Qmax в первую очередь назначают tmax, стараясь снять весь припуск за один переход, после этого назначают Smax.
Скорость резания не рекомендуется увеличивать за счет уменьшения глубины резания или подачи.
Если по соображениям качества необходимо обработику вести за два периода то за 1-й период снимают 65 – 75% припуска, а за 2-й – 25 – 35%.
Подача с одной стороны определяется шереховатостью обработаной поверхности, а с другой стороны, она ограничивается силамирезания, допускаемыми:
· Прочностью и жесткостью заготовки;
· Прочность механизма подачи станка и допускаемой нагрузкой на задний центр;
· Прочностью пластинки твёрдого сплава и держалки резца;
· Прочности закрепления заготовки и др.
Эти силы расчитываются по формулам сопрмата. Из них выбирают( Рz)min и используя формулу для определения Рz находят подачу:
Pz = Cpz *tˆxpz*Soˆypz*vˆn*Kpz
(So)pz = √(Pz)min/(Cpz*tˆxpz*vˆn*Kpz)
из двух подач выбираем меньшую и по станку подбираем ближайшую меньшую.
Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента по формуле, где:
Kv = KMv*Knv*Kφv*Kφ1v*Krv*Kqv*Kov
Kmv – учитывает состояние режущего материала;
Knv – учитывает состояние обрабатываемой поверхности;
Kφv – главного угла в плане;
Kφ1 – вспомагательного угла в плане;
Krv – радиус при вершине резца;
Kqv – сечение держалки резца;
Kov – вид обработки;
Определяем скорость допускаемую мощностью оборудования:
Nэ = (Pz*v)/6120, v = (6120*Nэ)/Pz , м/мин.
По меньшей из скоростей определим:
n расч= (1000*v)/(π*D) , 1/мин.