ДОНБАССКИЙ государственный технический университет

кафедра обработки металлов давлением и металловедения

О.А. КОВАЛЕНКО

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА металлов

конспект лекций

для студентов направления 6.050401 «Металлургия»

Специальности «Обработка металлов давлением»

БАКАЛАВР

дневной и заочной формы обучения

Алчевск, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

1. Тема № 1. «Общая характеристика механической обработки. Элементы режима резания. Классификация металлообрабатывающих станков»

2. Тема № 2. «Механизмы станков. Приводы и передачи. Кинематические схемы»

3. Тема № 3. «Элементы и геометрия режущего инструмента. Материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента. Их износостойкость»

4. Тема № 4. «Обработка заготовок на станках токарной группы, сверлильных и фрезерных станках».

5. Тема № 5. «Операции механической обработки, осуществляемые на станках различных групп. Способы повышения стойкости режущего инструмента».

6. Тема № 6. « Сварка плавлением Физическая сущность. Виды сварки плавлением».

7. Тема № 7. «Сварка давлением. Физическая сущность. Виды сварки давлением».

8. Тема № 8 . «Другие виды получения сварных соединений. Дефекты сварных соединений»

Основы обработки резанием

Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической формы, точности размеров, шероховатости и чистоты поверхности деталей.

Качество обработки. Точность – степень соответствия фактически полученных при обработке размеров деталей расчетным данным.

Существует 10 классов точности: 1, 2, 2_а, 3, 3_а, 4, 5, 7, 8, 9. каждому классу точности соответствует свой допуск (разница между минимальными и максимальными размерами, в пределах которых находится действительный размер детали).

1 класс – точное приборостроение ( 0,0005мм);

2, 2_а – автомобильные и авиадвигатели ( 0,0025 – 0,005мм);

3, 3_а – общее машиностроение;

4 – машино-, тепловозостроение;

7, 8, 9 – литье, ковка, прокатка.

Чистота поверхности (шероховатость) – совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности.

Существует 14 классов: 1^й – наиболее грубый (√1, √5).

Шероховатость грубее 1^го класса - √, над которым указывают высоту неровностей R_z в мкм.

Методы обработки металлов резанием.

• Точение

• Сверление

• Строгание

• Протягивание

• Фрезерование

• Шлифование

• Отделочные методы.

Требуемая геометрическая форма и ее размеры получаются в результате определенных движений инструмента и заготовки.

Различают: главное движение – V; движение подачи – S; вспомогательное движение.

Главное движение – движение, определяющее скорость отделения стружки (скорость резания).

Движение подачи – движение, обеспечивающее врезание инструмента (режущего лезвия) в материал и определяющее толщину срезаемого слоя.

---

Вспомогательные движение – движения, не имеющие непосредственного отношения к процессу резания (транспортировка и закрепление детали, переключение скоростей, перемещение инструмента). Главное движение и движение подачи может быть вращательным или поступательным и сообщаться либо инструменту, либо заготовке.

Способ обработки	Движение
	Заготовки	Инструмента
Точение	Главное - вращательное	Подачи – поступательное
Сверление (сверлильный станок)	—	V (вращательное) S (поступательное)
Сверление (токарный станок)	Главное - вращательное	Подачи – поступательное
Фрезерование	Подачи - поступательное	Главное – вращательное
Строгание (поперечно-строгальный станок)	Подачи - прерывистое	Главное – возвратно-поступательное
Строгание на продольных строгальных станках	Главное – возвратно-поступательное	Подачи - прерывистое

Основные элементы режущего инструмента. Наиболее удобно рассматривать на примере токарного резца, хотя такие же элементы можно выделить и у других видов инструмента.

Резец состоит из рабочей части I – головки и стержня II – с помощью которого он крепится в резцедержателе.

Элементы режущей части:

1. передняя поверхность – поверхность, по которой сходит стружка;

2. главная задняя поверхность – поверхность, обращенная к поверхности резания заготовки;

3. вспомогательная задняя поверхность – поверхность, обращенная к обработанной части заготовки;

4. главное режущее лезвие – линия пересечения 1 и 2;

5. вспомогательное режущее лезвие – линия пересечения 1 и 3;

6. вершина резца – точка пересечения режущих лезвий (может быть острой или закругленной)

Элементы резания. Режим резания – совокупность скорости резания V, подачи S и глубины резания t.

Скорость резания – путь перемещения точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени.

При вращательном движении: , (м/с) (м/мин),

где Д – диаметр заготовки;

п – число оборотов заготовки.

Подача – величина перемещения режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки (при точении) или за один двойной ход (при строгании).

Глубина резания – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью заготовки, измеренное перпендикулярно оси заготовки за один проход инструмента: ,

где d – диаметр обработанной поверхности.

Ширина срезаемого слоя – расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, измеренное по поверхности резания.

При выборе режима резания назначают V, S, t – по возможности максимальными. Вначале t и S, затем по эмпирическим зависимостям V=f (S, t, T_{(стойкость инструмента)}) выбирают V.

---

Общие сведения о металлорежущих станках и их классификация.

Классификация. Общепринята разработанная ЭНИНС следующая основная классификация станков. Все они разделены на 9 групп (по способу обработки), каждая из которых разделена на 9 типов (разновидностей).

1. токарные:

   • одношпиндельные автоматы и полуавтоматы

   • многошпиндельные

   • револьверные

   • сверлильно-отрезные

   • карусельные

   • токарные и лобовые

   • многорезцовые

   • специализированные

   • разные токарные

2. сверлильные и расточные

3. шлифовальные и полировальные

4. комбинированные

5. зубо- и резьбообрабатывающие

6. фрезерные

7. строгальные, долбежные и протяжные

8. разрезные (ленточные, с дисковой пилой, ножовки).

В каждой группе типы станков отличаются по конфигурации (горизонтально-фрезерный, вертикально-сверлильный), уровню автоматизации и т. д.

Модель станка обозначается буквами и цифрами. Первая цифра обозначает группу станка, вторая – его тип, третья и четвертая – один из основных параметров станка (высоту центров – для токарных, диаметр сверления – для сверлильных и т. д.)

Буква после первой цифры указывает на то, что станок модернизирован, после всех цифр – модификацию.

Например, модель 1К62 – станок токарной группы (1), модернизирован (К), тип – универсальный (6), высота центров 200мм.

Приводы и передачи станков. Приводом называется совокупность механизмов, передающих движение от источника движения (электродвигателя) к рабочему органу станка (шпинделю и т. д.).

В современных странах применяют индивидуальный привод: станок приводится от отдельного электродвигателя или от нескольких. В последнем случае различают привод главного движения, привод подачи и т. д.

Приводы бывают со ступенчатым (зубчатые передачи) или бесступенчатым регулированием (электрическое, гидравлическое ил механическое регулирование).

Передача – механизм, передающий движение с одного вала на другой или изменяющий характер движения (например, преобразующий вращательное движение в поступательное).

Элемент, передающий движение, называют ведущим, получающий – ведомым.

Передаточным отношением передачи называется отношение числа оборотов ведомого вала к числу оборотов ведущего: i=n₂/n₁.

Кинематическая схема – условные обозначения всех механизмов и передач, через которые движение передается от привода (источника движения) к исполнительным органам станка.

В станках применяются:

• ременная передача: i=n₂/n₁=D₁/D₂(1-ε), где ε – коэффициент скольжения (0,01 – 0,02);

• цепная передача: i=n₂/n₁=Z₁/Z₂;

• зубчатая передача: i=n₂/n₁=Z₁/Z₂;

• реечная передача (состоит из рейки и зубчатого колеса или рейки и червяка). Путь, пройденный рейкой: S=t*Z*n=π*m*Z*n, где t – шаг; Z – число зубьев колеса; n – число оборотов; m – модуль зацепления;

• червячная передача (резко снижает число оборотов): : i=n₂/n₁=K/Z, где К – число заходов червяка; Z – число зубьев червячного колеса;

• винтовая передача – применяется для превращения вращательного движения в поступательное. Состоит из винта и гайки, предназначена для преобразования вращательного движения винта в поступательное (осевое) движение гайки.

---

Если t – шаг; k – число заходов винта; n – число оборотов винта, то S=k*t*n (мм).

Элементарные механизмы станков.

1. скользящий блок зубчатых колес: i₁=Z₁/Z₂; i₂=Z₃/Z₄; i₃=Z₅/Z₆

2. конус зубчатых колес с вытяжной шпонкой: i₁=Z₁/Z₂; i₂=Z₃/Z₄; i₃=Z₅/Z₆;

3. конус зубчатых колес с накидным зубчатым колесом (коробка Нортона): i₁=Z₁/Z_н*Z_н/Z_c=Z₁/Z_c,

где Z_н – сидит свободно на промежуточном валу

Z₁- Z₅ – жестко закреплены на валу I.

Движение передается с вала I на вал II

Z₆ – накидное колесо

Z_c – свободно перемещается на шпонке и может вступать в контакт с любым Z₁-Z₅.

4. механизм перебора – служит для резкого снижения числа оборотов ведомого вала шпинделя. Если муфта А включена, движение передается непосредственно на шпиндель, если выключена – то через перебор с передаточным отношением I_n=Z₁/Z₂*Z₄/Z₃

5. реверсивный механизм из цилиндрических колес: если муфта Б включена вправо вращение на вал II передается через колеса Z₁/Z₂, если влево, то через Z₃/Z₄*Z₄/Z₅ с изменением направления вращения

6. реверсивный механизм из конических колес

Углы токарного резца. Главный угол в плане – φ – угол между проекцией главного режущего лезвия на основную плоскость и направлением подачи. Наиболее часто употребляются резцы с φ=45⁰. Уменьшение φ повышает чистоту обработки, но увеличивает давление резца на заготовку, что снижает точность обработки нежестких деталей (вообще φ=30⁰-90⁰).

1Вспомогательный угол в плане – φ₁ – угол между проекцией вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость и направлением, противоположным направлению подачи (φ₁=10⁰-15⁰). Иногда φ₁=0, что повышает чистоту обработки даже при больших подачах.

2Угол при вершине – ε – образован проекциями главного и вспомогательного режущих лезвий на основную плоскость: ε= 180⁰- (φ₁+φ). Увеличение угла ε улучшает условия отвода тепла от режущих кромок и вершины (лезвий) резца, что способствует повышению его стойкости.

В главной секущей плоскости измеряют следующие главные углы резца:

• главный передний угол γ;

• главный задний угол α;

• угол заострения β;

• угол резания δ.

Главный передний угол γ – угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания, проходящей через главное режущее лезвие. С увеличением угла γ уменьшается деформация срезаемого слоя, т. к. инструмент легче врезается в металл. Однако, при этом ухудшается теплоотвод и снижается стойкость резца (γ=+25⁰– -10⁰).

Главный задний угол α – угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания (обычно α=6⁰–12⁰). Он служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и поверхностью заготовки.

Угол заострения β – угол между передней и задней главными поверхностями: α+β+γ=90⁰.

Угол резания – δ=α+β.

Силы резания и мощность. Срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешнего усилия, приложенного со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление этого усилия совпадает с направлением скорости резания.

---

Работа, затрачиваемая на срезание припуска: А = А_у+А_п+А_т,

где А_у – работа, затрачиваемая на упругое деформирование металла;

А_п – то же на пластическое деформирование металла и его разрушение;

А_т – работа, затрачиваемая на преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность заготовки.

В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие со стороны заготовки на резец. Эти силы, действующие в разных направлениях, приводят к одной равнодействующей R – силе резания, точка приложения которой (принимается условно) расположена на рабочей части главного режущего лезвия резца.

Эту силу, в свою очередь, раскладывают на соответствующие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям: Р_x, Р_y, Р_z, совпадающими с движениями, совершаемыми при обработке: .

Вертикальная составляющая силы резания Р_z (главная составляющая) совпадает с направлением главного движения (она стремиться отжать резец вниз). По величине этой силы определяют эффективную мощность резания: N_е=Р_z*V/60*102 [квт], и полную мощность двигателя с учетом КПД (η): N_дв=N_е/η (η=0,05–0,90).

Радиальная составляющая Р_y – вызывает прогиб заготовки и отжимает резец, что может привести к искажению формы резца. Обычно Р_y=(0,3–0,5)Р_z.

Осевая составляющая Р_х – действует параллельно оси заготовки. По ней рассчитывают механизм подачи станка. Обычно Р_х=(0,15–0,30)Р_z.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕЗАНИЯ.

Резание – процесс местного сжатия и сдвига материала режущим клином (резцом) с последующим образованием стружки. Целью этого процесса является придание обрабатываемой заготовке нужной формы размеров и чистоты поверхности.

В процессе резания имеют место следующие явления:

1. деформирование металла (упругое и пластическое)

2. наростообразование

3. выделение большого количества теплоты (тепловые явления)

4. упрочнение обрабатываемого материала

5. износ режущего инструмента.

Эти явления тщательно изучаются, что необходимо для выбора тщательных режимов обработки деталей.

Деформирование. В процессе резания будущий элемент стружки вначале деформируется упруго, затем пластически и отделяется от заготовки, когда действующие напряжения окажутся большими, чем предел прочности материала.

Процесс образования элемента стружки можно разделить на 3 этапа:

1. упругая и пластическая деформация, упрочнение будущего элемента стружки в зоне стружкообразования

2. сдвиг элемента стружки по плоскости сдвига в момент, когда напряжение в срезаемом слое превышает сопротивление сдвигу

3. дополнительная пластическая деформация образовавшегося элемента стружки при его движении по передней поверхности инструмента.

В зависимости от свойств обрабатываемого материала и условий резания образуется 3 вида стружки:

---

Смотрите также файлы

• 5-ЛЕКЦИЯ ООП-2008.doc

• 10.01.13.doc

• ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ.doc

• Крышка редуктора.doc

• Finansi_predpriyatiy_CHast_5.doc