Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Эффектность рабочей части резцов определяется многими факторами к числу которых относится: 1)св.ва.обрабатываемого.материала2)качество инструментального.материала3)оптимальное использование явлений сопутствующих процессорезанию. Одним из существенных факторов позволяющих воздействовать на процесорезание явл.выбор конструктивных и геометр параметры режущих инструментов-эти параметры присущи любому инструменту При выборе токарного резца следует учитывать целый ряд требований, обеспечивающих высокую производительность и точность обработки. Это: 1)материал режущей части резца;2) геометрия режущей части;3) прочность и виброустойчивость державки и режущих кромок;4) форма и размеры пластинки инструментального материала;5) способ и конструкция крепления пластинки инструментального материала (если используются пластины с механическим креплением);6) способ стружколомания;7) 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: 1) стойкость инструмента (время образования на его задней или передней поверхности допустимой величины площадки износа); 2) размерная стойкость инструмента (допустимое изменение его настроечного размера); 3) поддержание заданной шероховатости обработанной поверхности; 4) уменьшение амплитуды автоколебаний в ходе рабочего процесса .Виды резцов: Токарные резцы подразделяют по направлению подачи (правые левые), конструкции головки (прямые и отогнутые), способу изготовления (целенные и составные), сечению стержня (прямоугольные, круглые, квадратные) виду обработки (проходные, подрезные, отрезные, прорезные, расточные, фасонные, резьбонарезные). Проходными резцами выполняют протачивание боковой поверхности заготовок, расточными- растачивают осевые отверстия заготовок, подрезными - подрезают торцы, а отрезными - отрезают заготовку. Резьбовыми резцами нарезают на станке внешнюю и внутреннюю резьбу. |
1 — Главная задняя поверхность; 2 — Вспомогательная задняя поверхность; 3 — вершина резца; 4 — вспомогательная режущая поверхность; 5 — передняя поверхность; 6 - главная режущая кромка Важной частью резца режущ.инструм явл режущая часть которая состоит из поверхностей,линий и точек: 1)Задняя поверхность-поверхность которая контактирует с поверхностями обрабатываемой детали подразделяется на обрабатываемые поверхности , обработанные,поверхность резания,часть задней поверхности которая контактирует с поверхностью резания называют-главнои заднеи поверхностью.2)вспомогательная задняя поверхность-часть заднеи поверхности контактирующая с обрабатываемой поверхностью 3) Вершина резца — точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок. 4) Вспомогательная режущая кромка — линия пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей5) Передняя поверхность — поверхность, по которой сходит стружка в процессе резания 6). Главная режущая кромка — линия пересечения передней и главной задней поверхностей. |
При обработке на токарных станках различают 2 движения
Вспомогательное- перемещение(подача) резца вместе с суппортом вдоль оси обрабатываемой заготовки и перпендикулярно оси обрабатываемои заготовки |
для определения геом.параметров резца устанавливают плоскости 1)плоскость проходящая через главную режущую кромку и вектор скорости резания в в данной точке реж кромке 2)основная плоскость перпендикулярна вектору скорости резания 3)главной секущ.плоск называется плоскость перпендик-на главной режущей кромки на основную плоскость Углы получаемые в главной секущеи плоскости называют главным углом 1) главный задний угол альфа между касательной заднеи поверхностью в рассм.точке режущеи кромки и плоскостью резания.2)главный передний угол гамма угол между нормальной плоскостью резания и касательнои переднеи поверхности Если вершина резца явл.наивысшеи точкои переднеи поверхности относительно гамма положительная,наоборот отрицательная 3)главный угол заострения бета-угол между касательными главнои заднеи поверхности и передней поверхности(бета полодительная) 4)угол резания -угол между плоскостью резания и передней поверхностью Вспомогательнаясек.плоск-это плоск.перпендик.проекции режущеи кромки на вспомогательную поверхность.Углы вспомогат.сек.плоскости назыв вспомогательными 1) альфа1-вспомог.угол между плоск перпендик.основнои плоскости и вспомогат реж кромку и касательную к вспомогательн задний поверхности 2)гамма1-вспомогат угол между нормалью к плоскости альфа1, перепендикулярно основной плоскости проходящ через кромку и касательной к переднее поверхности 3)бетта1- вспомогат угол между касательными к передней и вспомогательной заднеи поверхностям Кроме углов секущ плоскостях рассмотрим углы в плане Фи-это угол между проекцией главн.реж кромки на основную плоскость и направл подачи 2)Фи1-угол между проекцией вспомогат.реж.кромке на направление подачи 3) Эпсилонт-угол между проекц вспомогат и реж кромок4)сигма-угол между линией проведенои через вершину резца оси плоскостью и главн реж.кромки. |
Условия резания улучшаются, так ка при увеличении гамма, уменьшается степень деформации стружки. А уменьшение альфа может привести к увеличению трения задней грани резца об обрабатываемую поверхность. |
- хорошая обрабатываемость давлением - хорошая закаливаемость - хорошая сопротивляемость обезуглероживанию при нагреве -хорошая шлифуемость и обрабатываемость лезвийным инструментом Основные группы инструментальных материалов.
а) Углеродистые инструментальные стали; б) Легированные инструментальные стали; в) Быстрорежущие стали;
|
Применение этих сталей ограничено температурой 2500 С, что может иметь место при работе инструмента с низкими скоростями (сверла малого диаметра, метчики, напильники), при несущественном тепловыделении. Достоинством этих сталей является их высокая твердость после закалки (60…65 HRC), невысокая температура закалки (700-750 0 C), низкая стоимость и хорошая обрабатываемость. Наиболее употребительные марки сталей:
Применяются для инструментов, которые работают в условиях невысоких разогревов режущей кромки (сверла для дерева, напильники, метчики)
Применяются для инструментов обладающих повышенной износостойкостью при невысокой механической прочности (лезвия для бритья, хирургические инструменты, гравировальные инстр-ты) |
По сравнению с углеродистыми, обладают повышенной вязкостью и меньшей склонностью к деформации при закалке. Эти св-ва определяются воздествием хрома, вольфрама, кремния, марганца. Теплостойкость 200-250 0C. Популярные стали:
|
Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, ванадия. Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы. К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63…66HRC, предел прочности при изгибе 2900…3400Мпа, ударную вязкость 2,.7…4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600…650С. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20…30%, твердость – на 1 – 2 единицы HRC. Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8М3, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8; Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др. Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66…70HRC, они имеют более высокую теплостойкость (до 620…670С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3 – 5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5. Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – В11М7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69…70HRC, и теплостойкость 700…720С. Наиболее рациональная область их использования – резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30 – 80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8 – 15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3 – 8 раз). |
Эти сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин или коронок. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC и ниобия NbC, мельчайшие частицы которых соединены посредством сравнительно мягких и менее тугоплавких кобальта или никеля в смеси с молибденом. Твердые сплавы имеют высокую твердость – 88…92 HRA (72…76 HRC) и теплостойкость до 850…1000С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 – 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей. Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся:
Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, приклеиваются или крепятся механически к державкам из конструкционной стали. Выпускаются также инструменты, рабочая часть которых целиком выполнена из твердого сплава (монолитные). Сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Они могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей. Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и не высокими температурами в зоне резания. Их также используют при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК. Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8-Б) повышает его прочность. Однако температура теплостойкости этих сплавов ниже, чем у двух карбидных. Особомелкозернистые твердые сплавы применяют для обработки материалов с большой истирающей способностью. Их применяют для чистовой и получистовой обработки деталей из высокопрочных вязких сталей с повышенной склонностью к наклепу. Сплавы с низким содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) применяют на чистовых операциях, с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) используют на черновых операциях. |
Ее основу составляют оксиды алюминия Al2О3 с небольшой добавкой (0,5…1%) оксида магния MgO. Высокая твердость, теплостойкость до 1200С, химическая инертность к металлам, сопротивление окислению во многом превосходят эти же параметры твердых сплавов, но уступает по теплопроводности и имеет более низкий предел прочности на изгиб. Высокие режущие свойства минералокерамики проявляются при скоростной обработке сталей и высокопрочных чугунов, причем чистовое и получистовое точение и фрезерование повышает производительность обработки деталей до 2 раз при одновременном возрастании периодов стойкости инструментов до 5 раз по сравнению с обработкой инструментами из твердого сплава. Минералокерамика выпускается в виде неперетачиваемых пластин, что существенно облегчает условия ее эксплуатации. |
Для алмазов характерны высокая твердость (10000 кгс/мм2) и износостойкость. По абсолютной твердости алмаз в 4-5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и в сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. Вследствие высокой теплопроводности (в 5 раз больше ТК) алмазы лучше отводят теплоту из зоны резания, однако, из-за их хрупкости область их применения сильно ограничена. Существенный недостаток алмаза – при повышенной температуре (больше 750-850 0C) он вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность. В Промышленности для лезвийной обработки применяют три разновидности алмазов: БАЛЛАС, КАРБОНАДО, СВ. Синтетическим алмазом можно обрабатывать все эффективно обрабатывать все кроме чугуна и смалей. Поэтому были созданы новые сверхтвердые материалы, химически инертные к алмазу. Технология получения их близка к технологии получения алмазов, но в качестве исходного вещества использовался не графит, а нитрид бора. Эти материалы обладают: - высокой теплостойкостью ( в 2 раза выше алмаза) - твердость на уровне алмаза - химической инертностью Виды КНБ:
|
Резание это сложный процесс, сопровождаемый рядом внешних и внутренних факторов. Разрушение всегда происходит в направлении больших касательных напряжений. Процесс резания аналогичен процессу несвободного сжатия, для облегчения которого, режущему инструменту придается соответствующая геометрия режущей части (α, ϒ). При резании происходит деформация сдвига. Пластичное деформирование заключается в сдвиге отдельных слоев по плоскости скольжения совпадающим с направлением наибольших касательных напряжений. Сдвиг может происходить между отдельными слоями или зернами обрабатываемого материала. |
Сдвиг. В этом случае деформация вдоль одной из главных осей отсутствуют, вдоль второй оси имеет место деформация удлинения, вдоль третьей – укорочения. Различают: Простой сдвиг – смещение всех точек тела в направлении, параллельном только одной оси на расстояние, пропорциональное расстоянию точки тела от этой оси в направлении второй оси. ΔS = Δx*tgy; Чистый сдвиг – вдоль одной оси имеет место равномерное укорочение, а вдоль другой – равномерное удлинение. Первые 2 вида – объемные деформации. Деформация сдвига – плоское деформирование ΔS при простом сдвиге называется абсолютным сдвигом. Мерой деформированного состояния простого сдвига может служить относительный сдвиг e=ΔS/Δx. Геометрически он интерпретируется как tgy. Главные истинные деформации при простом сдвиге e1=1/2 e; e2=-1/2 e. А истинный сдвиг, равный разности истинных деформаций равняется относительному сдвигу q = e1-e2. В теории пластических деформаций для сравнения различных процессов деформирования пользуются понятием интенсивности деформирования. При простом сдвиге Относительный сдвиг e характеризует степень деформации материала в малом объеме и точно. |
Классификация стружек. Первым, кто классифицировал типы стружки при резании, был Тиме в 1870 году. Сливная стружка. Основным признаком сливной стружки является ее сплошность (непрерывность). а – толщина срезаемого слоя; с – ширина площади контакта стружки с передней поверхностью. В зависимости от материала заготовки и скорости резания с = (1,5…6)а. 1-контактная сторона стружки, 2-свободная сторона; Суставчатая стружка. Относится к стружкам скалывания. Намечается поверхность скалывания, но она не пронизывает стружку по всей толщине и не разделяет ее на отдельные части. Стружка состоит как бы из отдельных суставов без нарушения связи между ними; Элементная стружка. Состоит из отдельных элементов приблизительно одинаковой формы не связанных между собой или слабо связанных. Первые три типа стружек называются стружками сдвига, так как преобладают при их образовании деформации сдвига; Стружка надлома. Состоит из отдельных не связанных друг с другом кусочков различной формы и размеров. Ее образованию сопутствует мелкая металлическая пыль. Поверхность n-m (поверхность скалывания) очень часто может проходить ниже поверхности резания. Опережающая трещина распространяется вдоль всей поверхности скалывания. Этот тип стружки часто называют стружкой отрыва, так как при ее образовании преобладают деформации растяжения. |
|
(16) Схема зоны резания: I – зона упруго напряжённого Металла. II – зона пластических деформаций. III – зона упруго напряжённой стружки. IV – зона дополнительных пластических деформаций (застойная). Iva – зона дополнительных пластических деформаций упругого последействия (восстановление) обработаннойповерхности. Образование стружки.Резец под действием силы Р при перемещении врезается в обрабатываемый металл и часть его сжимает. Это сжатие металла возникает между границей видимой деформации - плоскостью скалывания А-А и передней гранью резца. Плоскость скалывания непрерывно переносится параллельно самой себе находясь всегда впереди вершины движущегося резца. Сжатие металла нарастает, и когда наступает предел его пластической деформации, то по одной из мгновенных плоскостей скалывания происходит разрушение и смещение (скалывание) первого элемента и образование нового видимого элемента стружки. |
Меры деформации простого сдвига является относительной сдвиг равный отношению абсолютного сдвига к толщине сдвигаемого слоя. Ξ = ∆ S / ∆X Ξ = ∆ S / ∆X = D1 m + m D / Am = tg(ϕ - ) + Ctg ϕ Из приведённой зависимости видно, что степень деформации зависит от величины переднего угла и от величины переднего угла сдвига ϕ определяется по след. Формуле: ϕ = 45 + / 2 + (ρ1 + ρ2)/ 2; ρ1 = 1/µ1 и ρ2 = 1/µ2 . Для облегчения процесса деформации необходимо иметь минимальную деформацию, что достигается при макс. значениях угла ϕ практически это можно сделать след. образом:1) увеличить средний угол. 2) снизить коэффициент трения за счёт применения СОЖ, алмазной доводки. 3) снизить коэффициент внутреннего трения за счёт нагрева или микролегирования за счёт силена и тилура. |
Обработка резанием сопровождается рядом явлений - усадка стружки, наростообразование; упрочнение обработанной поверхности (наклёп) тепловые явления; эти явления оказывают существенное влияние на работу резания качество обработанной поверхности точность изделия и работоспособности инструмента. Пластическое деформирование в зоне резания внешне проявляется в том, что толщина получаемой стружки a1, а длина L1 меньше, чем длина пути по обработанной поверхности L. С уменьшением F относительный сдвиг возрастает. Он характеризует степень деформации металла в микрообъеме и точно. На практике степень деформации удобно характеру не относительного сдвига, а усадкой стружки. В результате пластической деформации длина стружки получается меньше длины пути, пройденного инструментом. Толщина стружки больше, чем толщина срезаемого слоя, ширина стружки больше ширины срезаемого слоя. Различают три коэффициента усадки стружки:1. Коэффициент продольной усадки стружки; KL=lp/lстр; 2. Коэффициент поперечной усадки стружки; Kа=астр/а; 3.Коэффициент усадки стружки в направлении ширины Kb=bстр/b=1 |
(18) Изменение размеров срезаемого слоя, в результате пластического деформирования называется усадкой стружки, которое количественно: Для большинства материалов, кроме титановых сплавов KL > 1 , т.е. стружка < чем путь пройденный по поверхности. 1) Влияние переднего угла. Если ↑, то ϕ ↓ ( угол сдвига) , Ξ ↓ (степень деформации), KL ↓ (коэффициент продольной усадки стружки). 2) Влияние главного угла в плане a=So*Sin ϕ. Если ϕ ↑, то a ↑ , Ϭср ↓ , Ξср ↓, KL ↓. 3) Влияние подачи. Если So ↑, то a ↑ , Ϭср ↓ , Ξср ↓, KL ↓. 4) Влияние радиуса округления при вершине r. Если r ↑, ϕ ↑, степень деформации ↑и KL ↑. Влияние скорости резания. Это влияние значительно сложнее, чем предыдущие факторы т.к. зависят от интенсивности наростообразование, влияющее на величину действительного переднего угла, tрез , коэффициент трения. При скоростях меньше 15 м/мин, нароста нету, с увеличением скорости увеличивается температура, появляется нарост (который изменяет действительный передний угол, k уменьш., дальнейшее увеличение скорости приводит к увеличению температуры и к размягчению нароста. При скоростях более 70 м/мин, t настолько велика, что между стружкой и передней поверхностью возникают тонкие расплавленные слои обрабатываемого материала ( текущие слои), сухое трение заменяется на жидкостное ρ увеличивается, ϕ ↑, KL ↓. |
Нарост – клиновидная более или менее неподвижная область заготовки, расположенная у лезвия инструмента перед его передней поверхностью. НВ нароста в 2,5…3 раза выше НВ материала, из которого он образуется. Понятие третье тело – частицы, образующиеся в зоне контактирования двух трущихся тел, отличающиеся от них составом и свойством. Форму и размеры нароста характеризуют:Высотой Н; Шириной подошвы l; Угол gф (фактический); В наросте различают две зоны: 1. Зона, где есть движение материала. Изменяется от 0 до скорости движения стружки; 2. Зона, где материал полностью неподвижен. Образование нароста схематично можно представить так: на ювенильных (химически чистых) поверхностях стружки и инструмента при определенной температуре и давлении создаются условия для адгезионного схватывания. В результате сил адгезии происходит полное присоединение контактного слоя стружки к передней поверхности и образуется заторможенный слой. При скольжении по этому слою стружки происходит аналогичное схватывание и образование следующего слоя нароста, приводящее к увеличению его высоты. Каждый следующий слой короче предыдущего, так как улучшаются условия попадания воздуха в зону резания, что способствует образованию окисных пленок, уменьшающих трение между стружкой и поверхностью нароста. Отсюда его клиновидная форма. Высота нароста растет, пока его прочность становится недостаточной для восприятия нагрузки со стороны стружки и нарост разрушается. Обычно разрушается только его верхняя часть. Определенное время нарост выполняет функцию режущего клина. Он защищает лезвие от трения и высокой температуры, увеличивает gСР , что облегчает процесс резания. В то же время нарост является нестабильным телом, постоянно и очень быстро изменяющего свои размеры, вершина нароста часто свешивается над задней поверхностью инструмента, следовательно, ухудшается чистота обработки поверхности, получаются нестабильные размеры, происходит колебание сил резания, что особенно вредно при чистовой обработке. Нарост настолько сильно соединен с поверхностью инструмента, что при его сколах может отколоться и материал инструмента. Все факторы уменьшения трения ведут к уменьшению нароста (применение СОЖ, большие углы l ,g). Прерывистое резание не дает образования больших наростов. |
(19) Некоторые материалы вообще не дают нароста (Сu, латунь, олово, белый чугун, титановые сплавы). Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем меньше нарост. Для материалов, склонных к образованию нароста, существует определенная зона скоростей резания, при которых нарост наиболее выражен. При малых скоростях малый разогрев и сцепление зоны не происходит. При увеличении скорости происходит разупрочнение и нарост пропадает. Материал инструмента в определенной степени также влияет на образование нароста. Например, твердые сплавы менее склонны к наростообразованию. |
1) степени шероховатости обрабатываемой поверхности. 2) состояние материала поверхностного слоя . Совокупности микронеровности, которое определяет рельеф пов-ти. При резании шероховатость может быть продольной и поперечной. Продольная возникает из-за вибраций и нароста. Поперечная больше продольной и опр-ся: 1) физ/мех – ми св-вами, обработанного материала (через нарост). 2) подачей 3) скоростью резания (через нарост) 4) качество доводки инструмента. 5)СОЖ. Состояние поверхностного слоя. Физ/мех-е св-ва определяют эксплуатационные св-ва изделий и хар-ся: 1) степенью упрочнения (наклёпа) 2) глубиной проникновения наклёпа 3)величиной и знаком остаточных напряжений. При всех случаях мех-й обработки под обработанной пов-тью образ-ся слой, с повышенной твёрдостью (наклёпанный слой). За меру интенсивности упрочнения (наклёпа) принимается: ∆H = Hнакл – Нисх / Нисх * 100%. В зависимости от вида обработки и обработанного материала, глубина наклёпа может иметь след. напряжения: 1) черновое 0,4…0,5 мм 2)чистовое 0,07….0,08 мм 3) шлифование 0,04…0,06 мм. Для жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов глубина наклёпа в 3-4 р. выше. Явления упрочнения может быть и положительным и отрицательным. Наклёп положительной, когда операция чистовая – сердцевина мягкая и отрицательная при черновой обработки. |
Составляющие силы резания при точении Рассмотрим случай свободного резания,когда в работе участвует только главная режущая кромка(процесс отрезки).В этом случае на резец действ.силы сопротивления резания со стороны стружки и изделия Со стороны передней пов-ти на контактную площадку резца действ.сила сопротивления пластич.деформированию N и сила трения стружки о переднюю пов-ть Fтр.п.п Со стороны задней пов-ти на резец действ.сила упругого последействия R и сила трения задней пов-ти об обработанную деталь Rтр.з.п FN=N*µпер – коэф.трения по передней пов-ти FR=R*µзат – коэф. Трения по задней пов-ти Дле преодоления этих сил к резцу должны быть приложены какие-то силы Pz и Py, для того,чтобы система находилась в равновесии Pz=N*Cosϳ+R+FN*Sinϳ Py=FN*Cosϳ+R-N*Sinϳ В большинстве случаев обработку реализуют схемы несвободного резания и результирующая сила Р каким-то образом расположенная в пространстве. Составляющие силы резания при точении На практике силу Р,действ.на резец не используют,а используют проекцию этой силы на S взаимоперпендикулярных направлений: 1.Направления,совпадающие с перпендикуляром движения 2.Направления,совпадающие с движением подачи 3.Направления,перпендикулярные двум первым направлениям При токарной обработке сила резания Р раскладывается по трем составляющим: 1)Pz-сила резания,тангенциальная составляющая силы резания,которая проходит по касат.к силе резания и совпадает с направлением главного движения станка |
|
(21) 2)Px-осевая сила.Усиление подач действует параллельно к оси заготовки,противоположно движению подач. 3)Ру-радиальная составляющая движения,направлена перпендикулярно к оси заготовки На соотношение между тремя составляющими силами резания влияют элементы резания,геометрические параметры резца,материал заготовки,износ резца. Рх=(0,3…0,4)Рz; Ру=(0,4…0,5) Рz Влияние составляющих силы резания на систему СПИД 1.Действие силы на резец Сила Рz изгибает резец в вертикальной пл-ти МизгРz= Рz*lвыл В горизонтальной пл-ти: МизгРх= Рх*lвыл. Сила Ру сжимает резец Резец в процессе резания испытывает сложное напряженное состояние,при этом напряжение,возникающее от действия сил Рх не должны превышать напряжения материалов державки по его прочности и жесткости. На практике резец рассматривают только на изгиб от силы Рz. Наряду с этим сила Рz создает большие напряжения в режущей части.Эл-ты,кот.в зависимости от значения переднего угла могут быть либо напряжениями изгиба либо сжатия. 2.Действие силы на заготовку МкрРz= Рz*d/2; Mизг= Ру*lдет/2 3.Действие силы на станок По силе Рz производится расчет ответственных деталей станка и мощности,затрачиваемой на резание.По силе Ру производится расчет жесткости(точности) системы СПИД. По силе Рх будет произведен расчет механизма подач Мощность резания Для определения мощности резания необходимо сложить мощности,необходимые для преодоления каждой из составляющих силы резания Nрез=N Рz+ N Рy+ N Рx=( Рz*V Рz)/60*102+( Рy*V Рy)/60*102+( Рx*V Рx)/60*102 Последними двумя пренебрегаем ввиду малости, Nрез=( Рz*V )/60*102 кВт |
На величину,сост.силу резания оказывают влияние факторы: -физико-механические св-ва обрабатываемого мат-ла -режимы резания(v,s,t) -геометрич.параметры и материал инструмента -условия обработки 1-Оценка физико-маханич.св-в и материал инструмента Производится по пределу прочности σв, НВ-хрупких материалов; µ-коэф.трения обрабатываемого мат-ла об инструментальный материал Чем пластичнее мат-л,тем больше сила резания при обработке,т.к.значительная часть работы затрачивается на пластическое деформирование.Сила резания тем больше,чем чем больше склонность обрабатываемого мат-ла к наклёпу,т.к. σв увеличивается.Большое влияние на силу резания оказывает сила трения инструментального мат-ла к обтачиваемому.На практике влияние обрабатываемого мат-ла на силу резания можно представить в виде частных зависимостей:Pz =См* σвq –для эластичных материалов; Pz =См* НВq – для хрупких материалов (q=4,5) 2-влияние глубины подачи на силу резания С увеличением подачи,нагрузка на ед.длины режущей кромки возрастает и температура↑,ρ2↑,ᵩ↑,КL↓,сил резания↓. С увеличением подачи,длина контакта по главной режущей кромке не изменяется,сила трения по главной задней пов-ти не увеличивается.С ↑ подачи, ↑ толщина срезаемого слоя,↓ сред.напряжение,средняя деформация и происходит отставание силы резания от теоретической.Частная зависимость силы резания от глубины и подачи Рz=CPz*txPz*SᵩPz; XPz=1; YPz=0.75…0.8 Влияние скорости резания При обработке пластичных мат-лов,зависимость Pz-V носит сложный характер,связанный с влиянием нароста:на уч-ке а-в, с↑ скорости,↑ температура,↑ высота нароста,↑ действ.передний угол,↓ Pz.На уч-ке в-с,наоборот,↑температуры приводит к размягчению и ↑ высоты нароста,γдейств ↓,Еср↓,σср↓, Pz↓. На уч-ке с-d, температура настолько↑,что сухое трение заменяется жидкостным. |
(22) 3.Влияние геометрических параметров а)переднего угла Если γ↑,то φ↑Е↓,σ↓Рz↓; φ=45+γ/2+(ρ1+ρ2)/2 б)главного заднего угла α если α↑,то площадь контакта по главной задней пов-ти ↓, Fтр.з.п↓, Рz↓ в)Влияние главного угла в плане φ Если φ↑,то а↑,Еср↓,σср↓, Рz↓; влияние r (радиуса округления)
При ↑r, длина уч-ка в главной режущей кромке с малыми углами φ↑,Еср↑,σср↑, Рz↑ Частная зависимость Рz выглядит: Рz=СРz/Vn, n=0,1…0,26 4.Влияние износа При использовании инструментов из быстрорежущей стали при t=650-700 может наблюдаться пластич.деформированиеклина с опусканием его вершины и с переходом от «+» к «-» 5.Влияние св-в инструментального мат-ла Если возьмем резец из быстрореж.стали и замерием Рz,Рy,Рx и примем за 100%,то для резца из ТВ.сплава они будут составлять 20-25%,минералокерамика-85%,композиты-70-80% 6.Влияние СОЖ. Всегда с ее появлением сила резания↓ Обобщенная ф-ла силы резания: Рz=СРz*txPz*SyPz*VzPz*KPz KPz=Kα*Kγ*Kφ*Kr*KСОЖ*Kинстр.мат |
Тепловые явления играют исключительно важную роль,т.к.именно они учитыватю t в зоне резания,кот.оказывает прямое воздействие на усадку,поступление стружки,величину силы резания и качество пов-тного слоя Выделение тепла при снятии стружки идет за счет превращения мех.работы,затраченной на процесс резания.Эту работу можно представить в виде:Арез=Адеф+Атр.п.п+Атр.з.п (Работа,затраченная на преодоление сил по задней и передней пов-тям) Арез= Рz*l (l-путь,пройденный резцом) Если возьмем путь,пройденный иструментом в 1 минуту,то А=Рz*V и 99,5% всей работы переходят в теплоту,кол-во которой может быть определено по ф-ле: Q= Рz*V/427ккал/мин (427-мех.эквивалент работы) Q=Qдеф+Qтр.з.п+Qтр.п.п=Qстр+Qдет+Qинстр+Qокр.ср В стружку обычно уходит 60-70%,а в деталь 30-40%,в окр.среду-1%,в инструмент-1-2% 2.Температура резания и температура поля резца из рис.видно,максимальная t в зоне резания нах-ся на середине длины контакта между стружкой и передней пов-тью. За температуру реза принимается средняя t на передней пов-ти 3.Факторы,влияющие на t в зоне резания.Обобщенная ф-ла для t в зоне резания. 1.Св-ва обработанного мат-ла: твердость и прочность,теплопроводность и теплоемкость. Чем > σв и НВ,тем > Рz,↑ интенсивность тепловыделения Q, ↑ температура в зоне резания 2.Влияние глубины и подачи.С ↑ глубины и подачи Рz↑,Q↑,температура ↑; Q= С0*t0,11*S0,26 3.Влияние скорости резания.Влияет двояко: с 1 стороны,с ↑ υ→ Рz↓Q↓,с другой стороны с ↑υ напрямую → Q↑ и частная зависимость температуры Q= С0*Vm (m=0,72) 4.Влияние переднего угла.Если γ↑, то φ↑,Е↓,σ↓Рz↓,Q↓. Если γ↑,то β↓,теплоотвод ухудшается |
В результате высокого давления, высокой температуры и высоких скоростей контактных поверхностей между контактными поверхностями стружки и детали. Эти поверхности в процессе эксплуатации инструмента подвергаются износу. Все инструменты изнашиваются: 1) Только по задней поверхности(чистовая обработка) 2) Одновременно изнашиваются задняя и передняя поверхности( черновая) hз – ширина площади износа; hл – глубина лунки износа; b – ширина; R – радиус описываемой лунки; f – перемычка Помимо этого может наблюдаться окружение режущего клина, а также пластическое деформирование режущего клина под действием высокой температуры и давления. Мерой изношенности инструмента могут служить линейный и массовый износ. В первом случае об изношенности инструмента судят по величине max площадки износа hз; передней поверхности – по глубине лунки hл. При втором об изношенности инструмента судят по потери массы инструмента в процессе эксплуатации. При исследовании влияния различных факторов на интенсивность изнашивания удобно пользоваться относительным износом, то есть отношение линейного (массового) износа к какому-либо показателю, характеризующего производительность инструмента до момента его затупления (например, путь, пройденный инструментом до затупления, обрабатываемая площадь). |
Адгезионный износ. В результате адгезионного схватывания происходит образование мостика схватывания между материалом заготовки и адгезионным материалом. Образование этих мостиков связано с наличием возрастающего давления и температуры(от 0,35…0,5 от температуры плавления).При перемещении инструмента по детали происходит постоянное разрушение и возобновление этих мостиков схватывания. При их разрыве вероятность разрушения материала зависит от его твердости, но вероятность отрыва более твердого материала существует. При больших скоростях относительного скольжения имеется вероятность разрушения контактных поверхностей инструмента. На адгезионные процессы накладываются и усталостные процессы. Чем выше отношение твердости инструмента к твердости материала, тем ниже износ инструмента. Абразивный износ. Вызывается царапинами и срезаниями твердыми включениями материала детали субмикроскопических и микроскопических объемов поверхностных слоев инструмента. А.и. особо велик при обработке материалов с резковыраженными абразивными свойствами (чугун белый, абразивные швы, обработка титановых сплавов по корке). Чем выше такое же отношение, тем абразивное воздействие выражено слабее. Диффузионный износ - износ при возрастающем давлении и температуре, происходящем из-за внезапной диффузии материалов инструмента и детали. Диффузия в начальный период велика, с течением времени скорость ее резко замедляется. В процессе резания контактные поверхности, вступающие в соприкосновение, постоянно обновляются. В результате чего поддерживается весьма высокая скорость растворения, свойственная начальному периоду диффузии. Диффузный износ-это результат взаимодействия 2 процессов:
Хим.износ- установившийся процесс динамического равновесия разрушения и восстановления окисных пленок на контактных поверхностях. Наблюдается при высоких температурах. |
Протекание износа во времени. Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента называют кривой износа. Если инструмент изнашивается по задней и передней поверхностям, то линейный износ по задней пов-ти изменяется так. При износе инструмента только по задней поверхности, кривая имеет вид l I – участок приработки; II – участок нормального износа; III – участок катастрофического износа. Для кривой 2 период нормального износа настолько велик, что работу инструмента превращают до перехода его в период катастрофического износа. Точка появления первых следов износа соответствует максимальной температуре. a соот-т середина площади контакта. Радиус кривизны R, с увеличением износа уменьшается, ширина лунки растет в сторону, противоположную режущей кромки. |
По мере эксплуатации инструмента наступает такой момент, когда резание или должно быть прекращено, а он должен быть направлен на восстановление своих режущих свойств (переточка, смена граней). Момент затупления инструмента устанавливается с помощью критериев износа. Таким образом, под критерием износа понимают такую величину износа, при достижении которой работа инструментом прекращается. Используют два критерия: Критерий оптимального износа; Критерий технологического износа..Везде наиболее часто за основу принимают линейный износ по задней поверхности, так как задняя поверхность изнашивается во всех случаях и измерить площадку износа по задней поверхности наиболее просто.Критерий оптимального износа.Это такой износ, при котором суммарный срок службы инструмента является наибольшим.Т – время работы инструмента до достижения заданной величины износа.Суммарный срок службы с учетом возможности восстановления его режущих свойств определится следующим образом:∑Т=(n+1)T,n – число переточек.1 – инструмент первоначально был заточен ∑=Т= nT – с многогранными пластинами;n – число рабочих гранейh – для удаления изношенной части инструментаΔh – для придания нужной шероховатости и точности инструмента (0,1…0,15), М – запас на стачивание С увеличением Т суммарный срок службы растет, но с увеличением Т износ по задней поверхности растет (hз), то число переточек уменьшается, поэтому зависимость ∑Т(Т) имеет сложный характер. Вначале с увеличением Т∑Т возрастает, достигает максимума при некотором и соответствующего ему износа по задней поверхности hз и при дальнейшем увеличении Т∑Т уменьшается. Для нахождения величины износа hз, при котором ∑Т является максимальной необходимо взять d∑Т/dhз=0 и решить относительно hз. Найденная величина будет соответствовать оптимальному износу.Критерий технологического износа. Пользоваться не всегда возможно (если кривая износа имеет вид 2, когда инструмент нельзя доводить до величины оптимального износа). В этих случаях величину оптимального износа выбирают из технологических соображений (ухудшение чистоты поверхности, изменение размеров детали, возникновение вибрации при резании, чрезмерный нагрев детали, и др.). Этим критерием обычно пользуются при чистовой обработке. |
Стойкость инструментов и скорость резанья Это способность его сохранять работоспособными свои контактные поверхности и режущие лезвия. Время, в течение которого это свойство удовлетворяется, называется периодом стойкости (Т). Т (мин) равен времени работы инструмента между двумя его заточками (смены режущих граней).Т любого инструмента зависит от рода механических и теплофизических свойств обрабатываемого инструментом материала, геометрических параметров инструмента, элементов режимов резания и применяемых СОЖ. Стойкостные зависимости в настоящее время устанавливаются исключительно экспериментально. Закон скорость-стойкостьВлияние различных факторов на стойкость инструмента.Влияние скорости резания. Для большинства конструкционных материалов для VРЕЗ, применяемых в производстве, зависимость стойкости от Т имеет монотонно убывающий характер (1). С появлением новых материалов, жаропрочных и титановых сплавов, а также при более широком рассмотрении диапазона V, было установлено, чтоданная зависимость T(V) имеет не монотонный характер, выраженный кривой с перегибами (2). Практический интерес представляют ниспадающие ветви этих кривых, которые легко описываются уравнением вида На практике обычно пользуются обратным видом: m – показатель относительной стойкости.Для ниспадающей ветви Величина показателя относительной стойкости колеблется в широких пределах в зависимости от типа инструмента, обрабатываемого материала и режима работы.CV и C1 характеризуют обрабатываемый материал, инструментальный материал, геометрические параметры, СОЖ, глубину резания и подачу, с которыми велась обработка (то есть все те постоянные факторы, при которых получена данная зависимость); |
1.Физико-мехнические (твердость, прочность) и тепло-физические св-ва обрабатываемого материала. И чем больше ТВ-сть и прочность и меньше теплопроводность и теплоемкость , тем меньше допустимая скорость резания. 2. Глубина и подача: чем больше t и S, тем больше Ррез. >Q, > температура > интенсивность износа и <доп.v. На температуру влияют V,S,T. Т.к. подача t оказывает больше влияния на температуру резания, такое же влияние она оказывает на допустимую скорость резания. Св-ва инструментальных материалов в отдельных группах может быть учтены К и m. 3. Влияние геометрических параметров а) глав.пер.угол двоякое: -если возрастает, то ;-если возрастает, то , теплопроводность ухудшается, б) влияние главн.зад.угла :-если увелич, то;-если увелич. , то , теплоот. Ухудшается. Альфа оптимальная=10-12 градусов. В) влияние главного заднего угла в плане : -если увелич., то если увелич, то длина контакта между резцом и обр. по главн.режущ.кромке уменьшается. ; 4) Влияние СОЖ: с её влиянием |
Процесс резания характеризуется режимом резания к параметрам которого относятся Vрез,Vподачи(S) и глубина резания(t). Под скоростью резания понимается скорость движения опред.точки режущей кромки инструмента отн-но обрабатываемого изделия. При точении скорость резания опред-ся для наиболее удаленной от осн.точки режущей кромки расположенной на обработанной поверхности.
Для большинства случаев токарной обработки из-за малости за скорость резания принимается скорость вращ.движ-я. ;м/мин. D-диаметр обработанной детали; n-частоты вращения шпинделя(об/мин,мин-1) Скорость подачи или подача(S) это скорость относительного перемещения заготовки или инструмента за единицу времени или за единицу линейно(углового) перемещения в главном движении
Глубина резания(t)-расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями измеренной по нормали ;мм Время затраченное на обработку одной детали(штуки) наз.штучным временем. Структура
Орг.тех.мероприятия
Геометрия срезаемого слоя
t и S определяют размер поперечного сечения срезаемого слоя площадь которого можно определить(fср). но эти параметры не дают характеристики срезаемого слоя с качественной стороны. Для качественной хар-ки(оценки) срезаемого слоя используют ширину среза B и толщину среза А. |
(5) Ширина среза В –линейный размер сечения …. Толщина среза А-линейный размер сечения среза в рассматриваемой точке режущей кромки в направлении нормали плоскости резания. Между технологическими пар-ми t и S и параметрами срезаемого слоя а и в существуют след-щие зависимости а=Sо∙sin
опр.по формуле(1) площадь срезаемого слоя наз.номинальной,действительно же сечение среза меньше номинального на величину сечения гребешков остающихся на обработанной поверхности.
;r2-2Rmaxr+Rmax2=r2-So2/4 – чистовая обработка |