05.09.2012

Исторический обзор развития учения науки резания металла. Основные методы обработки металла резанием. Поверхности и координатные плоскости. Материалы для изготовления режущего инструмента.

Основоположником станкостроения в России считается Нартов. Сидоров-Красильников в 1714 году изобрел станок для одновременной обработки 24 ружейных стволов, применил на тульском ружейном заводе. Ломоносов изобрел станок для изготовления линз и зеркал. В дальнейшем такие ученые, как Зворыкин и Брикс дополнили исследование Тиме. Зворыкин предложил гидравлический динамометр для измерения силы резания. Усачев в 1914 году опубликовал свои исследования в области стружки и нарастообразования и тепловых изменений, изобрел метод термопар. В 1936 году нарком тяжелой промышленности Серго Орджиникидзе создал комиссию для обоснования режимов резания. С 1963 года налажено производство искусственных алмазов.

Основные методы обработки металлов резанием:

1. Токарная обработка (точение). Применяется для обработки заготовок типа тел вращения.

2. Осевая обработка (сверление, зенкерование, развертывание). Применяется для получения и обработки отверстий.

3. Фрезерование (фрезерная обработка). Применяется для обработки плоских поверхностей.

4. Строгание, долбление и протягивание. Применяется для обработки плоскостей и некруглых отверстий.

5. Шлифование, доводка, притирка, супер финишная обработка (чистовые методы).

Обработка резанием, согласно ГОСТ 25761-83, - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, шероховатости поверхности. Заготовкой для изготовления детали является поковка, штамповка, отливка, прокат (полосовой, круглый, квадратный). В процессе резания различают черновую обработку и чистовую обработку. Припуск – слой металла, подлежащий удалению в процессе обработки (h, мм). В процессе обработки возникает главное движение и вспомогательное движение. За главное движение принимают то движение, которое определяет скорость деформирования и снятия стружки. Вспомогательное движение (подача) – движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Подача (S) может быть непрерывная и прерывистая, продольная и поперечная.

---

Токарная обработка наиболее изучена. Поверхности и координатные плоскости для определения углов резца. Обрабатываемая поверхность, обработанная поверхность, поверхность резания (1, 2, 3 на схеме 1 соответственно). Углы режущих инструментов наиболее часто определяют в статической системе координат (ССК). Числовые значения углов определяются в прямоугольной системе координат (ПСК). Чтобы построить статическую систему координат нужно определиться с вектором скорости главного движения. Основная плоскость перпендикулярная вектору скорости главного движения (схема 2). Плоскость резания перпендикулярна основной плоскости. Главная секущая плоскость делит кромку на 2 части. В рабочей плоскости расположено направление главного движения и движения подачи.

Материалы для изготовления режущих инструментов. Основные требования при выборе материала для режущей части инструмента:

1. Высокие механические свойства: твердость, высокая прочность на изгиб, сжатие и ударная вязкость. Твердость инструмента должна быть выше твердости обрабатываемого материала. Высокая прочность материала обеспечивает ему сопротивление нагрузкам разного рода.

2. Высокая износостойкость. Износостойкость рассматривается как способность инструмента сопротивляться износу.

3. Высокая теплостойкость. Теплостойкость инструмента определяется наивысшей температурой, при которой он сохраняет свои свойства. Теплостойкость инструментальных материалов находится в пределах от 200 до 1500 гр.

Все материалы делятся на следующие группы:

1. Инструментальные материалы:

а) углеродистая сталь (качественные У7, У8, У10, У13; высококачественные У7А, У8А) допустимая скорость 10-15 м/мин, теплостойкость 200-250 гр.

б) легированные стали (с добавлением легирующих элементов). Допустимая скорость до 25 м/мин, теплостойкость 220-240 гр. 9ХФ, 9ХФН.

в) быстрорежущие стали Р9, Р16, Р6 (с молибденом). Допустимая скорость 60-75 м/мин, температура 620-720 гр. Изготавливают инструмент для обработки труднообрабатываемой стали.

2. Твердые сплавы. Металлокерамические твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Твердый раствор корбида вольвфрама, титана, тантала, металлической связки (кобальт). Скорость в 10 раз больше, чем у быстрорежущей стали, температура 800-900 гр. Делятся на 4 группы:

а) однокорбидные твердые сплавы, вольвфрамокобальтовые (ВК3, ВК6, ВК8). Применяется для обработки хрупких материалов, пластмасс.

---

б) двухкобридные твердые сплавы, титановольвфрамовые (Т5К10). Применяют для обработки вязких металлов.

в) трехкорбидные твердые сплавы, титанотанталовольвфрамовые (ТТ7К12).

г) безвольвфрамовые твердые сплавы. Созданы на основе корбидов и нитридов титана, связка – никель (ТН20).

Безвольвфрамовые твердые сплавы выпускают в виде многогранных неперетачиваемых пластин.

03.10.2012

Тепловые явления. Уравнение теплового баланса.

Причинами образования тепла являются деформации. Тепло оказывает влияние на износостойкость инструмента, на качество обработанной поверхности, на процесс трения и нарастообразования, изменяет физико-механические свойства и структурное состояние обрабатываемого материала. По данным профессора Кузнецова 85-90% работы превращается в тепло, а 10-15% идет на искажения в зоне резания кристаллической решетки обрабатываемого материала. 4190 – тепловой эквивалент (2). Уравнение теплового баланса (3). Источниками отвода теплоты являются зоны: стружка (Qs), заготовка(Qz), инструмент(Qi), окружающая среда(Qz). В процессе резания теплота распределяется следующим образом: со стружками уходит 50-86%, в резец идет 3-9%, в деталь (заготовку) 10-40%, 1% уходит в окружающую среду.

Под температурой резания понимают наивысшую температуру режущей части инструмента. Исследования показали, что самая высокая температура около главной режущей кромки инструмента (850-900 гр.).

Факторы, влияющие на температуру в зоне резания:

1. Физико-механические свойства обрабатываемого материала. Чем выше предел прочности и твердость обрабатываемого материала, тем больше выделяется тепла. Большое влияние оказывает теплоемкость и теплопроводность. Чем выше теплопроводность обрабатываемого материала, тем интенсивнее отвод тепла в стружку.

2. Режимы резания. Общий вид формулы для расчета температуры (4).Профессор Даниелян для стали 40ХН получил следующую (5). Подача и глубина резания оказывают меньшее влияние. Это объясняется тем, что с увеличением подачи и особенно глубины резания возрастает поверхность контактирования обрабатываемой детали с инструментом.

3. Геометрические параметры инструмента. Больше всего влияния оказывает угол резания (ϫ) и главный угол (фи). С увеличением этих углов температура будет возрастать.

4. Смазочно-охлаждающие жидкости.

Методы измерения температуры в зоне резания:

---

1. Визуальный метод.

2. Метод термотрасс (позволяет определить температуру на поверхностях инструмента).

3. Калориметрический метод (определяет среднюю температуру стружки; количество тепла, отводимого стружкой).

4. Метод термопар (естественные и искусственные термопары).

А) Метод искусственной термопары определяет температуру около режущей кромки инструмента. Помимо того, что термопары могут быть железоконстантовые, термопары могут быть хромель-алюмель, хрумель-копель. Недостатки данного метода: метод приближенный, дает заниженные температуры, сложен в подготовке.

Б) Метод естественной термопары позволяет определить температуру в зоне резания. Этот метод был предложен в 1925 году двумя учеными Готвейном (Германия) и Гербером (Англия). Он заключается в том, что элементами термопары являются обрабатываемый материал и инструмент. Деталь, инструмент и токосъемник изолированы. Для перевода показателей миливольтметра в градусы существуют толировочные графики.

Смазочно-охлаждающие жидкости. При некоторых методах обработке недопустимо работать без смазочных жидкостей. Применение СОЖ обеспечивает: снижение нагрева в зоне резания, уменьшение усилия резания, уменьшение коэффициента внешнего трения, препятствует образованию нароста, способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резания.

СОЖ должны обладать следующими свойствами:

1. Быть антикоррозионными.

2. Быть нетоксичными.

3. Быть устойчивыми (сохранять свои свойства в процессе эксплуатации и хранения).

4 группы СОЖ:

1. Водные растворы – растворы мыл, эмульсии, растворы минеральных электролитов. Эмульсия – двухфазная дисперсная система, состоящая из жидкостей, не смешивающихся друг с другом (вода и масло).

2. Масла – минеральные, растительные, животные, масла с добавлением хлора, фосфора, серы (осерненное масло, сульфофризол).

3. Керосин, дизельное топливо.

4. Масла или эмульсии с добавлением твердых смазывающих веществ (воск, парафин, битум, порошки).

Выбор смазочно-охлаждающих жидкостей. Выбор зависит от условий обработки. При черновой токарной обработке применяются эмульсии двух-пяти процентной концентрации. При чистовой токарной обработке концентрация 12-15%. При обработке хрупких материалов бессмысленно применять смазочно-охлаждающие жидкости.

---

Способы подвода СОЖ. Эффективность действия СОЖ в значительной степени зависит от способа их подвода:

1. Свободно-падающей струей, поливом. 8-15 л/мин, такой способ вреден для пластин твердого сплава.

2. Высоконапорной струей снизу. Вследствие высокого давления частицы жидкости интенсивнее проникают в микротрещины и зазоры зоны контакта. Большая часть жидкости, попав в зону контакта, превращается в пар. Этот способ снижает температуру и повышает стойкость инструмента.

3. Инжекторный. Подается тоже снизу. С помощью сжатого воздуха жидкость выходит в распыленном состоянии с пониженной температурой. Температура понижается на 8-12 гр. Скорость, с которой подается жидкость – 300 м/с. Расход воды минимальный 4-5 гр./мин. Этот метод повышает стойкость инструмента в 2 раза.

17.10.2012

Износ режущего инструмента.

Износ – есть результат изнашивания, определяемый в единицах длины, объема, массы. Важной характеристикой инструмента является его способность сопротивляться износу – износостойкость инструмента.

Виды износа:

1. Абразивный (абразивный механический) износ.

2. Адгезионный износ вызван высокой температурой и высоким давлением. При работе на средних и больших скоростях при обработке возникают силы молекулярного сцепления между стружкой, заготовкой, инструментом. Это приводит к отрыву мелких частиц инструментального материала.

3. Диффузионный износ происходит вследствие того, что при высоких температурах частицы инструмента проникают в стружку и заготовку. Это приводит к изменению химического состава поверхностного слоя инструмента.

4. Окислительное изнашивание. При обработке на поверхности инструмента появляется окислительная пленка. Под воздействием трения пленка разрушается, усиливая процесс окисления поверхностного слоя.

Формы износа.

Схема 1. Такой случай возникает при обработке пластичных материалов с толщиной среза а до 0.5 мм.

Схема 2. При обработке пластичных материалов.

Схема 3. Происходит вследствие ударных нагрузок.

Схема 4. Такой случай возникает при чистовой обработке материалов, обладающих низкой теплопроводностью и при работе на больших скоростях.

За критерий величины износа принимается допустимая величина износа по задней поверхности инструмента. По Формулам 1 видно, что скорость больше влияет на величину износа. Таблица оптимальных значений допустимого износа для проходных резцов при обработке сталей и чугуна:

---

Смотрите также файлы

• Тест3 (конкуренция).doc

• Тест 2(спрос и предложение).doc

• Тепло.doc

• Теория надёжности пустая рассчётка.doc

• ТЕОРИЯ X-Y-Z.doc