Реферат: Обработка металлов резанием

Обработкарезанием является универсальным методом размерной обра­ботки. Метод позволяетобрабатывать поверхности деталей различной формы и размеров с высокой точностьюиз наиболее используемых конструкционных ма­териалов. Он обладает малойэнергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработкарезанием является основным, наиболее используе­мым в промышленности процессомразмерной обработки деталей.

1.<span Times New Roman"">     

Сущность и схемы способов обработки

Обработкарезанием — это процесс получения детали требуемой гео­метрической формы,точности размеров, взаиморасположения и шерохова­тости поверхностей за счетмеханического срезания с поверхностей заготов­ки режущим инструментом материалатехнологического припуска в виде стружки (рис. 1.1).

Основнымрежущим элементом любого инструмента является режу­щий клин (рис. 1.1, а). Его твердость и прочность должнысущественно превосходить твердость и прочность обрабатываемого материала, обес­печиваяего режущие свойства. К инструменту прикладывается усилие резания, равное силесопротивления материала резанию, и сообщается перемещение относительнозаготовки со скоростью ν. Поддействием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и, разрушаяобрабатываемый материал, срезает с поверхности заготовки стружку. Стружкаобразуется в результате интенсивной упругопластической дефор­мации сжатияматериала, приводящей к его разрушению у режущей кром­ки, и сдвигу в зонедействия максимальных касательных напряжений под углом φ. Величина φзависит от параметров резания и свойств обрабатываемого материала. Онасоставляет ~30° к направлению движения резца.

<img src="/cache/referats/18888/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">Внешний вид стружки характеризует процессы деформирования ираз­рушения материала, происходящие при резании. Различают четыре возмож­ныхтипа образующихся стружек: сливная, суставчатая, элементная и струж­ка надлома(рис. 1.1, б).

Рис. 1.1.Условная схема процесса резания:

а– 1 – обрабатываемыйматериал; 2 – стружка; 3 – подача смазочно-охлаждающих средств;4 – режущий клин; 5 – режущая кромка; φ – угол сдвига,характеризующий положение условной плоскости сдвига (П) относительно плоскостирезания; γ – главный передний угол режущего клина; Рz– сила резания; Рy– сила нормального давления инструмента наматериал; Сγu, Сγl– длины пластичного и упругого контактов; Сγ, Сa– длина зон контактного взаимодействия попередней и задней поверхностям инструмента; LOM– область главного упругопластичногодеформирования при стружкообразовании; FKPT– область вторичной контактнойупруго–пластичнеской деформации металла; h– глубинарезания; Н – толщина зоныпластического деформирования (наклепа) металла.

<span Arial",«sans-serif»;mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;color:black">

Впроцессе резания режущий клин, испытывая интенсивное трение, контактирует сматериа­лом стружки и обработанной по­верхностью в контактных зонах. Дляснижения сил трения и на­грева инструмента применяют принудительное охлаждение зо­нырезания смазочно-охлаждающими средами (СОС), подавая их в зону резанияспециальными устройствами.

Деталии инструменты за­крепляются в специальных орга­нах станка или приспособлениях. Станок,приспособление, инстру­мент и деталь образуют силовую систему (СПИД),передающую усилие и движение резания от привода станка режущему инст­рументу идетали.

Реальныесхемы различ­ных способов обработки резани­ем, используемый инструмент, а такжевиды движения инструмен­та и заготовки в процессе обра­ботки приведены на рис. 1.2.В зависимости от используемого типа инструмента способы меха­нической обработкиподразделя­ются на лезвийную и абразивную.

<span Arial",«sans-serif»; color:black">

Рис. 1.2.Схемы способов обработки резанием:

а– точение; б –сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – протягивание; е –шлифование; ж – хонингование; з – суперфиниширование; Dr– главное движение резания; Ds– движение подачи; Ro– обрабатываемая поверхность; R– поверхность резания; Rоп–обработанная поверхность; 1 – токарный резец; 2 – сверло; 3 – фреза; 4 – строгальный резец; 5 – протяжка; 6 – абразивный круг; 7 –хон; 8 – бруски; 9 – головка.

<img src="/cache/referats/18888/image004.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027">Отличительной особенно­стью лезвийной обработки явля­етсяналичие у обрабатываемого инструмента остройрежущей кромки определеннойгеометрической формы, а для абразивной обработки – наличие различным образомориентированных режущих зерен абразивного инструмента, каждое из которыхпредставляет собой микроклин.

Рис. 1.3.Конструкция и элементы лезвийных режущихинструментов:

а– токарного резца; б – фрезы; в – сверла;

1– главная режущая кромка; 2 – главная задняя поверхность; 3 – вершина лезвия; 4 – вспомогательная задняя поверхность лезвия; 5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – передняя поверхность; 7– крепежная часть инструмента.

<img src="/cache/referats/18888/image006.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1028">Рассмотрим конструкцию лезвийных инструментов, используемыхпри резании (рис. 1.3). Инструмент состоит из рабочей части, включающей ре­жущиелезвия, образующие их поверхности, режущие кромки и крепежной части,предназначенной для установки и закрепления в рабочих органах станка.

Основными способамилезвийной обработки являются точение, сверле­ние, фрезерование, строгание ипротягивание. К абразивной обработке относятся<span Arial",«sans-serif»;color:black">

процессышлифования, хонингования и суперфиниша. В основу классификации способов механическойобработки заложен вид используемого инструмента и кинематика движений. Так, вкачестве инструмента при точении используются токарные резцы, при сверлении –сверла, при фрезеровании – фрезы, при строгании – строгальные резцы, припротягивании – протяжки, при шлифовании – шлифовальные круги, при хонинговании– хоны, а при суперфинише – абразивные бруски. Любой способ обработки включаетдва движения (рис. 1.2.): главное – движене резания Dr– и вспомогательное – движение подачи Ds.Главное движение обеспечивает съем металла, а вспомогательное – подачу в зонуобработки следующего необработанного участка заготовки. Эти движенияосуществляются за счет перемещения заготовки или инструмента. Поэтому приоценках движение инструмента во всех процессах резания удобно рассматривать принеподвижной заготовке как сум­марное (рис. 1.4).

<img src="/cache/referats/18888/image008.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030">

Рис. 1.4.Схемы определения максимальной скорости режущей кромкиинструмента υе, формы поверхности резания Rи глубины резания hпри обработке:

а– точением; б –сверлением; в – фрезерованием; г – строганием; д– протягиванием; е –хонингованием; ж –суперфинишированием.

Тогда полная скоростьперемещения (ve) произвольной точки Мрежу­щей кромки складывается изскорости главного движения (v) и скоростиподачи (vs):

ve= v+ vs       (1.1)

Поверхность резания Rпредставляетсобой поверхность, которую описывает режущая кромка или зерно при осуществлениисуммарного движения, включающего главное движение и движение подачи. При точении,сверлении, фрезеровании, шлифовании поверхности резания — пространственныелинейчатые, при строгании и протягивании — пло­ские, совпадающие споверхностями главного движения; при хонин-говании и суперфинишировании онисовпадают с поверхностями глав­ного движения.

Поверхности Roи Roпназываются,соответственно, обрабатывае­мой поверхностью заготовки и обработаннойповерхностью детали (см. рис. 1.2).

Впроцессах точения, сверления, фрезерования и шлифования глав­ное движение идвижение подачи выполняются одновременно, а в про­цессах строгания,хонингования движение подачи выполняется после главного движения.

<span Arial",«sans-serif»; color:black">

2. Параметры технологическогопроцессарезания

Косновным параметрам режима резания относятся скорость главного движениярезания, скорость подачи и глубина резания.

Скоростьглавного движения резания (или скорость ре­зания) определяется максимальнойлинейной скоростью главного движения режущей кромки инструмента. Эта скоростьвыражается в м/с.

Еслиглавное движение резания вращательное, как при точении, сверлении, фрезерованиии шлифовании, то скорость резания будет определяться линейной скоростьюглавного движения наиболее удаленной от оси вращения точки режу­щей кромки —максимальной линейной скоростью главного движения (см. рис. 1.4):

v= ωD/2        (2.1)

где D — максимальныйдиаметр обрабатываемой поверхности заготовки, определяющий положение наиболееудаленной от оси вращения точки режущей кромки, м; ω — угловаяскорость, рад/с.

Выразивугловую скорость ω через частоту вращения шпинделя станка, получим:

v= πnD          (2.2)

Пристрогании и протягивании скорость резания vопределяется скоро­стьюперемещения строгального резца и протяжки в процессе резания отно­сительнозаготовки.

Прихонинговании и суперфинишировании скорость резания определя­ется с учетомосевого перемещения (см. рис. 1.4, е, ж) инструмента.

Скоростьрезания оказывает наибольшее влияние на производительность процесса, стойкостьинструмента и качество обработанной поверхности.

Подачаинструмента определяется ее скоростью vs. В технологическихрасчетах параметров режима при точении, сверлении, фрезеровании и шлифованиииспользуется понятие подачи на один оборот заготовки Soивыражается в мм/об. Подача на оборот численно соответству­ет перемещениюинструмента за время одного оборота:

So= vs / n         (2.3)

Пристрогании подача определяется на ход резца. При шлифовании по­дача можетуказываться на ход или двойной ход инструмента. Подача на зуб при фрезерованииопределяется числом зубьев Zинструмента иподачей на оборот:

Sz= So /Z        (2.4)

Глубинарезания А определяется расстоянием по нормали от обработан­ной поверхностизаготовки до обрабатываемой, мм. Глубину резания задают на каждый рабочий ходинструмента. При точении цилиндрической поверх­ности глубину резания определяюткак полуразность диаметров до г: после обработки:

h= (Dur — d)/2                      (2.5)

гдеd — диаметр обработанной поверхности заготовки, мм. Величинаподачи и глубина резания определяют производительность про­цесса и оказываютбольшое влияние на качество обрабатываемой поверхности.

Ктехнологическим параметрам процесса относятся геометрия режущего ин­струмента,силы резания, производительность обработки и стойкость инструмента.

Геометрическиепараметры режущего инструмента определяются углами, образуемыми пересечениемповерхностей лезвия, а также положением поверхностей режущих лезвийотносительно обрабаты­ваемой поверхности и направлением главного движения.Указанные пара­метры идентичны для различных видов инструмента, что позволяетрассмот­реть их на примере резца, используемого при точении.

Углырезца по передним и задним поверхностям измеряют в определен­ных координатныхплоскостях. На рис. 2.1, а изображены координатные плоскости приточении, а на рис. 2.1, б углы резца в статике.

Главныйпередний угол γ —угол между передней поверхностью лезвия и плоскостью, перпендикулярной кплоскости резания; главный задний угол α – угол между задней поверхностьюлезвия и плоскостью резания; угол заострения β – угол между передней и заднейповерхностями. Из принципа построения углов следует, что

α + β + γ= π/2.

Уголнаклона режущей кромки X— угол в плоскости резания между режущей кромкой и основнойплоскостью.

Углы в плане: главный угол вплане φ – угол в основной плоскости ме­жду следом плоскости резания инаправлением продольной подачи; вспомо-

гательный угол в плане φ' –угол в основной плоскости между вспомога­тельной режущей кромкой и обработаннойповерхностью.

<img src="/cache/referats/18888/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031">

Рис. 2.1.Геометрические парамеры токарного резца:

а– координатные плоскости; б – углы резца в статике;

1– плоскость резания Рп; 2 –рабочая плоскость Рs; 3 – главнаянесущая плоскость Рt; 4 – основнаяплоскость Pv

Геометрическиепараметры режущего инструмента оказывают сущест­венное влияние на усилие резания,качество поверхности и износ инструмен­та. Так, с увеличением угла у инструментлегче врезается в материал, сни­жаются силы резания, улучшается качествоповерхности, но повышается износ инструмента. Наличие угла а снижает трениеинструмента о поверх­ность резания, уменьшая его износ, но чрезмерное егоувеличение ослабляет режущую кромку, способствуя ее разрушению при ударныхнагрузках.

Силырезания Р представляют собой силы, действующие на ре­жущий инструмент впроцессе упругопластической деформации и разруше­ния срезаемой стружки.

Силы резания приводят квершине лезвия или к точке режущей кромки и раскладывают по координатным осямпрямоугольной системы координат xyz(рис. 2.2). В этой системе координат ось zнаправленапо скорости глав­ного движения и ее положительное направление соответствуетнаправлению действия обрабатываемого материала на инструмент. Ось у направленапо радиусу окружности главного движения вершины. Ее положительное на­правлениетакже соответствует направлению действия металла на инстру­мент. Направлениеоси х выбирается из условия образования правой системы координат.Значение усилия резания определяется несколькими факторами. Оно растет сувеличением глубины hрезания и скорости подачи s(сечения срезаемойстружки), скорости резания ν, снижением переднего угла γ режу­щегоинструмента. Поэтому расчет усилия резания производится по эмпири­ческимформулам, установленным для каждого способа обработки (см. спра­вочники пообработке резанием).Например, для строгания эта формула имеет вид Р =СphXpsYpXnгде коэффициенты Ср,Хр, Yp, nхарактеризуютматериал заготовки, резца и вид обработки.

Мощность процесса резанияопределяется скалярным про­изведением:

N = Pve          (2.6)

Выразив это произведениечерез проекции по коорди­натным осям, получим:

N = Pz vz+ Pyvy + Pxvx           (2.7)

<img src="/cache/referats/18888/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032">где vx, vy, vz— проекции на оси координат скорости движения точки приложения равнодействующейсил резания. В практических расчетах используется приближенная зависимость N= Pzv. Это упрощение обусловлено тем, что составляющие Руи Рх полной силы резания малы по сравнению с Р2,а скорость подачи относительно ско­рости резания составляет всего 1 — 0,1%.

Рис. 2.2. Схема действия сил резания на режущуюкромку инструмента в точке, имеющую максимальную скорость перемещения νе, при обработке: а – точением; б – сверлением; в –фрезерованием; г – строганием; д– протягиванием; е – хонингованием; ж –суперфинишированием.

Производительностьобработки при резании определяется числом деталей, изготовляемых в единицувремени: Q= /Тт. Время изготовления одной детали равно Тт = Тд+ Тт + Ткп, где То — машинное времяобработки, затрачиваемое на процесс резания,определяется для каждого технологического способа; Тт — времяподвода и отвода инструмента при обработке одной детали; Гвсп —вспомогательное время установки и на­стройки инструмента.

Такимобразом, производительность обработки резанием в первую оче­редь определяетсямашинным временем То. При токарной обработке, мин: То= La/(nsoh), где L  — расчетная длинахода резца, мм; а — величина при­пуска на обработку, мм.

Отношениеa/hхарактеризует требуемое число проходов инструмента приобработке с глубиной резания И. Поэтому наибольшая производитель­ностьбудет при обработке с глубиной резания h= а, наибольшейподачей s0и максимальнойскоростью резания. Однако при увеличениипроизводительности снижается качестоповерхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резаниемрешается задача по установлению максимально допустимой производительности присохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] –Материаловедение и технология металлов. Подред. Г.П.Фетисова

         М.: Высшая школа, 2001