ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНИЕМ лекции 1 и 2

ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
Главная задача машиностроения —разработка и внедрение инновационных технологических методов

обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей, чистовых и отделоч­ных технологических методов обработки, методов обработки пластическим деформированием, с использованием химической, элек­трической, световой, лучевой и других видов энергий, а также про­грессивных комбинированных методов.
Обработка металлов резанием — это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности раз­меров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.
Движения рабочих органов станков подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи. За главное принимают движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи—движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки. (Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи — s.)
Движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными (транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.)

и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки

(окончанию обработки ), а также движения резания. Обработанную поверхность на схеме выделяют др. цветом или утолщенными линиями. Характер движений резания и их технологическое назначение, показывают используя условные обозначения. Существуют подачи: продольная snp, поперечная sn, вертикальная sв, круговая sкр, окружная sо и др. В процессе резания на заготовке различают обрабатываемую поверхность 1, обработанную поверхность 3 и поверхность резания 2.

различных поверхностей. Для облегчения обработки конструктор стремится использовать простые геометрические

поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные.
Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей.
При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии (в большинстве случаев) отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых согласованы между собой. Движения резания являются формообразующими.

поверхностей:
метод копирования - режущая кромка инструмента соответствует форме образующей

обрабатываемой поверхности детали (рис. 6.3, a); нaправляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи обеспечивает получение размера поверхности; используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.
метод следов состоит в том, что образующая линия 1 - траектория движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траектория движения точки заготовки (рис. 6.3, б). Движений резания формообразующие.
метод касания состоит в том, что образующей линией 1 служит режущая громка инструмента (рис. 6.3, в), а направляющая линия 2 поверхности касательная к ряду геометрических вспомогательных линий - траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.
метод обкатки (огибания) состоит в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 6.3, г) благодаря согласованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния l он делает Один полный оборот относительно своей оси вращения (рис. 6.3, г).

поверхности (рис. 6.4) - два последовательных положения резца относительно заготовки

за время одного полного ее оборота. Резец срезает с заготовки материал площадью поперечного сечения fАВСД, называемой номинальной площадью поперечного сечения срезаемого слоя, мм2. Для резцов с прямолинейной режущей кромкой fП= fАВСД = t s мм2. Форма и размеры номинального сеченая срезаемого слоя материала зависят от Sпр и t, углов ϕ, ϕ1 и формы режущей, кромки. В процессе резания участвуют одновременно два движения, поэтому траекторией движения вершины резца относительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встретится с этой образующей цилиндрической, поверхности только в точке В. Следовательно, не вся площадь поперечного сечения материала fАВСД будет срезана с заготовки, а только часть ее, и на обработанной поверхности останутся микронеровности. Остаточное сечение срезаемого слоя fо= fАВE. Действительное сечение срезаемого слоя материала fД= fВСДЕ будет меньше номинального fн на величину площади осевого сечения микронеровностей. Шероховатость – один из показателей качества поверхности – оценивается высотой, формой, направлением неровностей и другими параметрами. На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

К параметрам процесса резания относят основное (технологическое) время обработки, время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки. При токарной обработке цилиндрической поверхности основное время То, мин, равно: То=Li/(ns), где L=l+l1+l2 – путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l – длина обработанной поверхности, мм; l1 = t ctg φ – величина врезания резца, мм; φ – главный угол в плане токарного резца; l2 = 1…3 – выход резца (перебег), мм; i - число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку.

инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений: деформированием срезаемого слоя

металла. В начальный момент процесса резания, движу-щийся резец под действием силы Р (рис. 6.7) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирез-цовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряжённое состояние. В плоскости, перпендикулярной к траектории движения резца, возникают нормальные напряжения σу, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, – касательные напряжения τх. В точке прило-жения действующей силы значение τх наибольшее. По мере удаления от точки А τх уменьшается. Нормальные напряжения σу вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия. Срезаемый слой металла находится под действием давления резца, касательных и нормальных напряжений.

Упругонапряженное состояние металла приводит к пластической деформации, а рост ее – к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования ABC, причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т. е. скалывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки.

Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны ABC и стружки резко отличаются от структуры основного металла.
В зоне ABC расположены деформированные. Стружки: сливная, скалывания, надлома.

в направлении главного движения (по оси z). По силе Рz

определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости хоz (рис. 6.10а), изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 6.10б), а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. Радиальная составляющая силы резания Ру действует в плоскости хоу перпендикулярно к оси заготовки. По силе Рy определяют величину упругого отжатия резца от заготовки и величину деформации изгиба заготовки в плоскости хоу (рис. 6.10 а). Осевая составляющая силы резания Рх действует в плоскости хоу, вдоль оси заготовки. По силе Рх рассчитывают механизм подачи станка, изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 6.10,6).

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы Р, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания v. Работа, по деформации и разрушению материала заготовки Рv расходуется на упругое и пластическое деформирование, разрушение металла, преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента. В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого Рy1, Рy2 и пластического деформирования Рп1, Рп2, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям резца (рис. 6.9). Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения Т1 и Т2, направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Указанную систему сил приводят к равнодействую-щей силе резания: R= Рy1 + Рy2 + Рп1 + Рп2 + Т1 + Т2/
Точка приложения силы R находится на рабочей части главной режущей кромки инструмента (рис. 6.9, б). Абсолют­ная величина, точка приложения и направление равнодействующей силы резания R в процессе обработки переменны. Это связано с неоднородностью структуры металла заготовки, переменной поверхностной твердостью материала заготовки, непостоянством срезаемого слоя металла (наличие штамповочных и литейных уклонов и др.), изменением углов γ и α в процессе резания. Для расчетов используют не равнодействующую силу резания, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям – координатным осям металлорежущего станка. Для токарно-винто­резного станка: ось х – линия центров станка, ось у – горизон­тальная линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось z — линия, перпендикулярная к плоскости хоу (рис. 6.9, б).

ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешность ее геометрической формы.

По величине суммарн. изгибающего момента от сил Рг и Рх рассчитывают стержень резца на прочность. Равнодействующая сила резания, Н:
Значения коэфф. СPz, kPz и показателей степеней хPz, уPz и пPz даны в справочниках для конкретных условий обработки. Аналогичн. формулы существуют для опр. сил Ру и Рх. Условно считают, что для острого резца γ = 15°, φ = 45°, λ= 0 при точении стали без охлаждения Рz : Ру : Рх = 1 : 0,45 : 0,35. Отношения Ру : Рz и Рх : Рz растут с увеличением износа резца, уменьшение угла φ увеличивает отношение Ру : Рz, а повышение подачи приводит к росту отношения Рх : Рz. Знание величин и направлений сил Рz, Ру и Рх необходимо для расчета элементов станка, приспособлений и режущего инструмента.

Ne - эффективн. мощность расходуется на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя металла.

При точении

инструмента не идеальна для обтекания ее металлом, при обработке пластичных

металлов резанием на передней поверхности инструмента образуется слой металла, который называют наростом - сильно деформированный металл, со структурой отличной от структур обрабатываемого ме-талла и стружки. При опр. условиях обработки силы трения между передней поверхностью инструмента и частицами срезанн. слоя металла становятся больше сил внутреннего сцепления, и при опр. температурных условиях металл прочно оседает на передн. поверхности инструмента. Нарост находятся под действием силы трения Т, сил сжатия Р1 и Р2 и силы растяжения Q (рас. 6.11, б). Под действием сил трения между стружкой и поверхностью нароста меняются его размеры и форма. Частицы нароста по­стоянно уносятся стружкой, обработанной поверхностью заготовки; иногда нарост целиком срывается с поверх­ности инструмента и тут же вновь появляется (рис. 6.11, а). С изменением размеров нароста меняется соотношение действующих сил. Когда их сумма больше силы трения, происходит разрушение и срыв нароста. Нарост сильно влияет на стружкообразование и на процесс резания и качество обработанной поверхности.

+++При наличии нароста меняется форма передней поверхности инструмента, что приводит к увеличению переднего угла, следовательно, к уменьшению силы резания. Вследствие высокой твердости нарост способен резать металл. Нарост удаляет центр давления стружки от режущей кромки, в результате чего уменьш. износ режущего инструмента по передней поверхности. Нарост улучшает теплоотвод от режущего инструмента.
---Нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, при работе детали с сопрягаемой деталью вызывают повышенный износ пары. Изменение геометрии инструмента меняет размеры обрабатываемой поверхности в поперечных (диаметральных) сечениях по длине заготовки и обработанная поверхность - волнистая. Вследствие изменения переднего угла инструмента изменяется сила резания, что вызывает вибрацию узлов станка и инструмента, что ухудшает качество обработанной поверхности. Т.О., при грубой черновой обработке, когда возникают большие силы резания, снимается толстый слой металла и выделяется значительное количество теплоты, нарост положителен, а при чистовой окончательной обработке нарост отрицателен, т.к. снижает качество обраб. поверхности. Наростообразование зависит от физико-механических свойств обраб. металла, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов. Наиболее интенсивно нарост образуется при обработке пластичных металлов при скоростях резания – 30 м/мин, а при скоростях резания до 12 м/мин, и более 50 м/мин - не образуется.

и α1, значения которых зависят от степени упругой деформации металла

заготовки. Упругопластическое деформирование металла приводит к возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений, растяжения или сжатия. Напряжения растяжения снижают сопротивление усталости металла заготовки, так как приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое, развитие которых ускоряется действием корродирующей среды. Напряжения сжатия, напротив, повышают сопротивление усталости деталей. Неравномерная релаксация остаточных напряжений искажает геометрическую форму обработанных поверхностей, снижает точность их взаимного расположения и размеров. Релаксация напряжений, продолжающаяся в процессе эксплуатации машин, снижает их качество и надежность. Следовательно, окончательную обработку поверхностей заготовок следует вести такими методами и в таких условиях, чтобы остаточные напряжения отсутствовали или были минимальными. Целесообразно, чтобы в поверхностном слое возникали напряжения сжатия. Напряжения можно снизить, применяя, например, электрохимическую обработку. Для получения в поверхностном слое напряжений сжатия можно рекомендовать обработку тонким пластическим деформированием, например, обкатку поверхностей заготовок стальным закаленным роликом или шариком. Условно поверхностный слой обработанной заготовки можно разделить на три зоны (рис. 6.12, б): I - зона разрушенной структуры с измельченными зернами, резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; ее следует обязательно удалять при каждой последующей обработке поверхности заготовки; II - зона наклепанного металла; III - основной металл. В. зависимости от физико-механических свойств металла обрабатываемой заготовки и режима резания глубина наклепанного слоя составляет несколько миллиметров при черновой, обработке и сотые и тысячные доли миллиметра при чистовой обработке. Пластичные металлы подвергаются большему упрочнению, чем твердые.

Результатом упругой и пластической деформации материала заготовки является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя. При стружкообразовании считают инструмент острым, но он имеет радиус скругления режущей кромки ρ (рис. 6.12а),равный~0,02мм. Он срезает с заготовки стружку при условии, что глубина резания t больше радиуса ρ. В стружку переходит чаcть срезаемого слоя металла, лежащая выше линии CD. Слой металла, соизмеримый c радиусом ρ и лежащий между линиями АВ и CD деформируется упругопластически. При работе инструмент затупляется, радиус ρ режущей кромки и расстояние между АВ и СD возрастают.
Упрочнение металла обраб. поверхности повышает ее твердость ~до 2 раз, что зависит от физико-мех. свойств металла, геометр. режущего инструмента и режима резания. После прохода резца происходит упругое восстановление деформирован. слоя на вели-чину hу – упругое последействие, образующее контакт шириной Н между обраб.поверхностью и вспом. задней поверхностью резца. На обраб. пов-сти возникают силы нормальн. давления N и трения F -чем больше упругая деформация, тем больше сила трения.

УПРОЧНЕНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ

инструмента до высоких температур (800—1000о С) вы­зывает:
структурные превращения в ме­талле,

сни­жение твердости инструмента и потерю режущих свойств; изменение его геометрических размеров, что влияет на точность разме­ров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Температурные деформации ин­струмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.
Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему заготовки в процессе обработки, и после охлаждения обработанной заго­товки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности. Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку ведут в условиях применения смазочно-охлаждающих сред: жидкости, газы и газообразные вещества, твердые вещества (порошки). Они не только отводят тепло, но и уменьшают трение, деформацию и налипание металла – улучшая шероховатость поверхности.

Эффективная мощность резания уменьшается на 10– 15 %; стойкость режущего инструмента возрастает, обработанные поверхности заготовок имеют меньшую шероховатость и большую точность. При черновой и получистовой обработке применяют водные эмульсии; при чистовой – масла с доб.фосфора, серы, хлора, образующие фосфиды, хлориды, сульфиды и снижающие трение. При обработке хрупких металлов в качестве охлаждающей среды применяют сжатый воздух, углекислоту

инстру­мента и между его главной задней поверхностью и поверхностью резания

заготовки вызывает износ режущего инструмента. В усло­виях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашива­ние инструмента. Высокие температуры и контактные давления вызывают следующие виды изнашивания: окислительное – разруше­ние поверхностных оксидных пленок; адгезионное – вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое – структур­ные превращения в материале инструмента. При износе резца на передней поверхности образуется лунка шириной b, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h. У инструментов из разных материалов и при разных режимах резания преобладает износ перед­ней или главной задней поверхности. При одновременном износе по этим поверхностям образуется перемычка f. Это изменяет глубину резания, так как уменьшается вылет резца на величину u = l – lи (рис. 6.16, б). Значение износа резца пропор­ционально времени обработки, поэтому по мере роста значения и глубина резания t уменьшается. Обработанная поверхность полу­чается конусообразной с наибольшим диаметром Dи и наимень­шим D. Под стойкостью инструмента Т понимают суммарное время (мин) его работы между переточками на определенном режиме резания.

 

снижается точность и изменяется форма обработанных поверхностей; увеличиваются глубина наклепа и сила трения между заготовкой и инструментом, что увеличивает теплообразование при резании. При обработке на настроенных станках износ инструмента при­водит к рассеянию размеров обработанных поверхностей заготовок, что снижает качество сборки деталей в условиях взаимозаменяемости. Уменьшить влияние износа на точность обработки можно периоди­ческой подналадкой станка.

возникают периодические колебательные движения (вибрации) элементов си­стемы СПИД: станок –

приспособление – инструмент – деталь. При этом теряется ее устойчивость: колебания инструмента снижают качество обработанной поверх­ности (шероховатость возрастает; появляется волнистость); уси­ливается динамический характер силы резания, а нагрузки на движущиеся детали станка возрастают в десятки раз, особенно в усло­виях резонанса, когда частота собственных колебаний системы СПИД совпадает с частотой колебаний при обработке резанием. Стойкость инструмента, особенно с пластинками из твердых сплавов, при колебаниях резко падает. При наличии вибраций возникает шум, утомляюще действующий на людей. Они возникают под действием внешних периодических возмущающих сил вследствие прерывистости процесса резания, неуравновешенности вращающихся масс, погреш­ностей изготовления и сборки передач и ритмичности работы близко расположенных машин. Вынужд. колебания устраняют, умень­шая величину возмущающ. сил и повышая жесткость станка. Автоколебания (незатух. самоподдерживающйеся) си­стемы СПИД создаются силами, возникающими в процессе резания. Возмущающая сила создается и управляется процессом резания и после прекращения его исчезает. Причинами автоколебаний являются изменения сил резания, трение на рабочих поверхностях инструмента, площади поперечного сечения срезаемого слоя металла; образование наростов; упругие деформации заготовки и инструмента.

---- Возникновение автоколебаний можно предупредить, изменяя режим резания и геометрию инструмента, правильно устанавливая заготовку и инструмент на станке, а также обрабатывая заготовки на больших скоростях резания. Для этого повышают жесткость техноло­гической системы СПИД, станков и инструмента; уменьшают массы колебательных систем, особенно массу заготовки; применяют виброгасители; динамические, упругие, гидра­влические и другие вибросистемы.
+++ Вибрации положительно влияют на процесс резания и качество обрабо­танных поверхностей из труднообрабатываемых материалов. В процессе обработки создаются искусств. колебания инструмента с регулируемой частотой и заданной амплитудой в определенном направлении. Источниками искусственных колебаний служат механические вибраторы или высокочастотные генераторы. Частота колебаний 200–20000 Гц, амплитуда колебаний 0,02–0,002 мм. Выбор оптимальных амплитуд и частоты колебаний зависит от технологического метода обработки и режима резания. Колебания задают по направлению подачи или скорости резания. Вибрационное резание по сравнению с обычным имеет следующие преимущества: обеспечивает устойчивое дробление стружки из от­дельные элементы, снижает сопротивление металла деформированию и эффективную мощность резания. При вибрационном резании не образуются нарост на режущем инструменте и заусенцы на обрабо­танной поверхности, однако в некоторых случаях стойкость ин­струмента несколько снижается.

деталей, качества обработанных поверхностей н точности сборки. Под точностью обработки

понимают точность выполнения размеров, формы и взаиморасположения поверхностей. Точность выполнения размеров определяется отклонением фактических размеров обработанной поверхности детали от ее конструктивных размеров, по чертежу.
Точность формы поверхностей - степень их соответствия геометрически правильным поверхностям. Предельные отклонения формы поверхностей регламентируются гос. стандартами, как и точность их взаиморасположения. На рабочих чертежах деталей обозначают их условно в соотв. с ГОСТ или указывают в техн. требованиях на изготовление детали. Одним из показателей качества обраб. поверхности служит Шероховатость – это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах определенного ее участка и характеризует среднее арифм. отклон. профиля от среднего значения высоты неровностей и другие параметры. Шероховатость поверхностей условно делят на 4 группы. 1 гр.- грубые поверхности (черновое точение, фрезе­рование, сверление). 2 гр. – получист. обработка разными технологическими методами. 3 гр. – обраб. абразивными инструментами, а также отделочными методами (тон­кое точение, развертыв., протягивание), электрофизическими и методами пластического деформиров. 4 гр. - притирка, хонингование, суперфиниширование, алмазное выглаживан. и др.техноло­г. методами. Чем выше требования, предъявляемые к точно­сти и качеству поверхностей, тем длительнее процесс обработки за­готовки и сложнее технологический процесс изготовления. Производительность обработки определяет число деталей, изго­товл. в единицу времени: Q = 1/T
 Время Т складывается из времен: основного (технологического), подгот.-заключит., вспомогат. и оргтехобслуживания. Основное (технолог.) время затрачивается непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабаты­ваемой поверхности заготовки.
.

 

температур и трения. Поэтому инструмент. материалы должны удовлетворять ряду особых

эксплуатационных требований. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твердость и высокие допустимые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие, кручение. Твердость материала рабочей части инструмента должна значительно превышать твердость материала заготовки. Инструмент должен обладать сопротивляемостью соотв. деформациям в процессе резания, вязкостью мат. инструмента для ударных нагрузок (хрупких материалов и заготовок с прерывистой поверхностью), иметь высокую красностойкость, т. е. сохранять большую твердость при высоких температурах нагрева. Материала рабочей части инструмента д.б. износостойким - Чем выше износостойкость, тем медленнее он изнашивается. Это значит, что разброс размеров деталей, обработанных одним и тем же инструментом, будет минимальным. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ -
Углеродистые инструментальные стали содержат 0,9– 1,3 % С: У10А, У11А, У12А. После термообработки угл. стали (HRC 60–62) имеют красностойкость 200–250 °С. Выше этой тем­пературы твердость стали резко уменьшается, и инструменты не могут выполнять резание - имеют ограниченное при­менение (метчики, плашки, ножовочные по­лотна), v = 15–18 м/мин. Легированные инструментальные стали – это углеродистые ин­струментальные стали, легированные хромом (X), вольфрамом (В), марганцем (Г), кремнием (С) и другими элементами. После термо­обработки легированные стали (HRC 62—64) имеют красностойкость 250–300°С. Для изготовления протяжек, сверл, метчиков, плашек, разверток используют стали 9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС и др. (15–25 м/мин.). Быстрорежущие стали содержат 8,5–19 % W; 3,8–4,4 % Сr; 2–10 % Со и V. Для изготовления режущих инструментов исполь­зуют стали Р9, Р12, Р18, Р6МЗ, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2, Р10К5Ф5. Инструмент после термообработки (HRC 62–65) имеет красно­стойкость 600–630°С и обладает повышенной износостойкостью, v=80 м/мин. (резцы, фрезы, зенкера).

Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) обработка деталей из жаропрочных сталей и сплавов, при прерывистом резании, вибрации, недостаточном охлаждения.
Ванадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р14Ф4) - для чистовой обработки (протяжки, развертки, шеверы), при срезании стружек небольшого поперечного сечения.
Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6МЗ) - для черновой обработки, а также для изг. протяжек, долбяков, шеверов, фрез.
Для экономии быстрорежущих сталей режущий инструмент изготовляют сбор­ным или сварным.
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ – это твердый раствор карбидов вольфрама (WС) карбидов титана (TiC) и карбидов тантала (ТаС) в кобальте (Со). Твердые сплавы применяют в виде пластинок опреде­ленной формы и размеров, изготовляемых методом порошковой металлургии –прессуют и спекают при температуре 1500–1900°С.: вольфрамовые — ВК2, ВКЗ, ВК3М, BК4B, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамовые – Т30К4, Т15К6, Т14Д8, Т5К10, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые – ТТ7К12, ТТ10К8Б. Пластинки твердого сплава (HRА 86–92) обладают высокой износо-стойкостью и красностойкостью (800–1000оС), v - до 800 м/мин. Пластинки (трех-, четырех-, пяти-, шестигранные и др.) припаивают к державкам инструментов медными (латунными) припоями или крепят механическим способом. Heдостаток -пониженная пластичность.
Твердые сплавы группы ВК -для хрупких металлов, пластмасс, неметаллических материалов, а сплавы группы ТВК – для пластич. и вязких металлов и сплавов. Мелкозернистые (ВК6М и др.) - для коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, твердых чугунов, бронз, закаленных сталей, сплавов легких метал­лов, сплавов титана, фарфора, керамики, стекла, ферритов. Трех- карбидн.сплавы ТТК более износостойки, прочны и вязки, - для аустенитн. сталей.

температуре 1720–1750оС. МК марки В0К60 (НRA 91–93) имеет красностойкость 1200°С

и высокую износостойкость; применяют для изготовления инструментов с повышенными требованиями по размерной стойкости; не слипается с металлом обраб. детали. Недостаток - низкая прочность и хрупкость. Добавляют W, Мо, В, Ti, Ni. Используют при получистовой обработке из сталей и цветных металлов в условиях безударной нагрузки и трудно-обраб. мат.
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ–мелкозернист. (порошк.) вещест-ва (хим.соединения), используемые для изготовл. абразивн. инструментов: шлиф.кругов, головок, сегмент., брусков… Естественные АМ (наждак, кварцевый песок, корунд) находят ограничен. применение в связи с неоднородностью их свойств. В пром. применяют искусств. АМ: электрокорунды, карбиды кремния и бора, окись хрома, синтетические алмазы, борсилокарбид, славутич, эльбор, гексагонит и др.- имеют высок. твердость -25-45% микро-твердости алмаза; высокие красностойкость и износостойкость, V=15–100 м/с. АМ– изготовл. инструменты для оконч. обраб. деталей с повышен. точностью и шероховатостью пов-тей. Шлиф. электрокорунд. круги применяют для обработки сталей и сплавов.

Инстр-ты из карбидов кремния- вязких металл. и сплавов, для обработки и заточки твердосплавн. и минералокерам. инструмента. Порошок карбида бора - для притирочных и доводочных работ, шлифования (рубина, кварца). Для изготовл. шлиф. и полиров. паст применяют окись хрома, венскую известь, трепел. Борсилокарбид - для твердых сплавов, рубина. Эльбор(кубонит)-для высокотвердых материалов и конструкц. сталей.
АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ - природные (А) и синтетические алмазы марок АСО, АСР, АСВ, АСК, ACC, ACM, АСН. Алмаз – самый твердый материал, имеет высокую красностойкость и износостойкость, у него практически отсутствует адгезия со многими материалами. Недостаток алмазов – их хрупкость. Алмазы используют для изготовления алмазных инструментов (круги, пилы, бруски, ленты) и доводочных порошков. Кристаллы алмазов применяют для оснащения режущих инструментов (резцов, сверл). Масса кристаллов, идущих на оснащение режущих инструментов, составляет 0,2–0,8 карат (1 карат = 0,2 г).
Наиболее широко используют алмазные резцы для тонкого точения и растачивания деталей из сплавов алюминия, бронз, латуней и неметаллических материалов. Алмазный инструмент применяют для обработки твердых материалов, германия, кремния, полупроводниковых материалов, керамики, жаропрочных сталей и сплавов. При использовании алмазных инструментов повышается качество обработанных поверхностей деталей. Обработку ведут со скоростями резания более 100 м/мин. Поверхности деталей, обработанные в этих условиях, имеют низкую шероховатость и высокую точность размеров.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

деталей машин повышают роль обработки резанием и значение металлорежущих станков.

В них использ. механические, электрические и гидравлические методы приводы движений и управления процессом, решающие сложные технолог. задачи. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность, быстроходность и надежность работы станков. Улучшаются эксплуатационные характеристики, расширяются технологические возможности, формы и дизайн станков.
В основу классификации металлореж. станков положен технологический метод обработки. Классификацию по технолог. методу обработки проводят по признакам: вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обработки. Станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д.(Общегосударственная Единая система условных обозначений станков (табл. 6.1)).
Она построена по десятичной системе; все металлорежущие станки разделены на десять групп, группа – на десять типов, а тип – на десять типоразмеров. В группу объединены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим характеристикам.

Каждому станку присваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станков, вторая тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными технич. характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации. Различают станки универсальные, широкого применения, специ-ализированные и специальные. Универсальные – произв. самые разнообразные работы, используя заготовки многих наименов. (токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др). Широкого назначения - для опр. работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализированные - для обработки заготовок одного наимен., но разных размеров (для обработки коленвалов). Специальные станки выполняют опред. вид работ на одной опред. заготовке.
По степени автоматизации-с ручным управлением, полуавто-маты, автоматы и с ЧПУ. По числу главн. раб. органов – одно- и многошпиндельные, одно- и многосуппортные. По конструкт. признакам (вертик. и горизонт. токарные п/автоматы). По точности - пять классов станков: Н – нормальной, П – повышенной, В – высокой, А – особо высокой точности и С – особо точные станки.

всех механизмов и передач, передающих движение от привода к исполнительным

органам станка.
Кинематическая цепь главного движения. Привод главного дви­жения станка модели 1А616 (рис. 6.18) состоит из коробки скоростей, смонтированной в передней тумбе, и механизма перебора, смон­тированного вместе со шпинделем в передней бабке. Частота вращения шпинделя, об/мин,
где пд - частота вращения электродвигателя, об/мин; tpl, ip2, zkc, in - передаточные отношения клиноременных передач, коробки скоростей, - передаточное отношение механизма перебора; η - коэффициент проскальз. ременной передачи.
АВТОМАТЫ И ПОЛУАВТОМАТЫ - после их наладки и включения все или почти все движения выполняются без участия оператора по пери­одич. повтор. циклу - установка и закрепление заготовки, обработка поверх­ностей, снятие обраб. детали, подача и закрепление след. заготовки.

Принципы обработки заготовок: одинарный - в обработке каждой заготовки участвует только один режущий инструмент; параллельный - одновременно несколько инструментов; последовательный - несколько инструментов, вступающих в работу последовательно один за другим; параллельно-последовательный - участвуют несколько групп инструментов, причем инструменты одной группы работают параллельно, а инструменты нескольких групп - последовательно; ротационный - один инструмент или группа инструментов при одновременном ротационном (вращательном) движении заготовок и инструментов; непрерывный - один инструмент или несколько инструментов при непрерывной подаче заготовок. Циклом работы автоматов и полуавтоматов управляют распределительные валы, на которых установлены дисковые или барабанные кулачки, управляющие работой механизмов; сейчас - ЧПУ. Системы ЧПУ обеспечивают высокий уровень автоматизации и производительности, автоматическую смену инструментов и заготовок, изменение режимов резания, получение точности размеров поверхностей деталей.

Кинематическая цепь подачи.
Кинематическая цепь нарезания резьбы.

Механизм подачи перемещает загот., устан. на столе, в продольном и поперечном направл.. Шпиндель вместе с ползуном перемещается в вертикальной плоскости. Эти три движения осуществл. от трех исполнительных мех-мов. состоящих из ЭД (М2, М3, М4), управляющ гидродвигателями (Г2, Г3, Г4). Они приводят в движение рабочие органы станка (стол и ползун) через зубчатые колеса и шариковые винтовые пары (2, 3, 4). Каждому импульсу, поступающему от системы ЧПУ, соотв. перемещение ползуна со шпинделем или стола на 0,01 мм. Скорость подачи 20—600 мм/мин.

формообразования поверхностей заготовок точением характеризуется двумя движениями: вращательным движением заготовки

(скорость резания) и поступательным движением режущего инструмента - резца (движение подачи). Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно к оси вращения заготовки (поперечная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача). Разновидности точен: обтачивание - обработка наружных поверхностей; растачивание - обработка внутренних поверхностей; подрезание - обработка плоских (торцовых) поверхностей; резка - разделение заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки - пруткового проката. На вертикальных полуавтоматах, автоматах и токарно-карусельных станках заготовки имеют вертикальную ось вращения, на токарных станках других типов - горизонтальную. На токарных станках выполняют черновую, получистовую и чистовую обработку поверхностей заготовок. ТОКАРНЫЕ РЕЗЦЫ

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ

Схемы обработки заготовок на токарно-винторезном станке

поперечный
суппорт; 3 - копир
Схемы обтачивания наружных конических поверхностей на

токарно-винторезном станке

Схемы нарезания однозаходной и многозаходной резьбы на токарно- винторезном станке

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНО-РЕВОЛЬВЕРНЫХ СТАНКАХ

1 - подача прутка до упора; 2 - подрезание правого торца; 3 - обтачивание двух цил. пов-тей, снятие фаски и сверление отверстия; 4 – зенкерован. отверстия и протач. кольцевой канавки; 5 - эенкование; 6 - нарезание резьбы; 7 - отрезание детали

Схема обработки на токарно-карусельном станке

заготовки на токарном одношпиндельном фасонно-отрезном автомате
Конструкции деталей машин, обрабатываемых на

станках токарной группы

метод получения получают сквозных и несквозных (глухих)отверстий. Сверлением увели-чивают размеры

отверстия, повышают точность и снижают шероховатость. При свер-лении сочетаются вращательное движение инструмента - главного движения и его поступательное движение вдоль оси - движения подачи. Сверление протекает в более сложных условиях, чем точение: затруднен отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим кромкам; происходит трение стружки о поверхность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение. На увеличение деформации стружки влияет изменение скорости резания вдоль режущей кромки от максимального значения на периферии сверла до нулевого значения у центра.

Схемы сверления (а) и рассверливания (б)

Силы,
действующие
на сверло

Части, элементы и
углы спирального сверла

Инструменты для обработки отверстий на сверлильных станках

Приспособления для закрепления заготовок на сверлильных станках

Схемы закрепления инструмента
в шпинделе станка

резьбонарезание, комбинированная обработка
ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА АГРЕГАТНЫХ СТАНКАХ
Радиально-сверлильный станок
Агрегатно-сверлильный станок
Конструкции деталей

машин,
обрабатываемых на сверлильных станках

отверстий
Оправки для закрепления
режущего инструмента
Горизонтально-расточной станок
Схемы обработки заготовок на горизонтально-расточных

станках

фрез
Элементы и геометрия фрезы
Универсальная делительная головка
Способы установки фрез
При фрезеровании против

подачи – нагрузка на зуб возрастает от 0 до максимальной. Сила, действующая на заготовку отрывает ее от стола, что вызывает вибрации и увеличение шероховатости. +++ фреза подходит к твердому поверх. слою снизу и отрывает «корку» без резания. --- скольжение зуба фрезы по наклепанной поверхности. При фрезеровании по подаче – зубом фрезы срезается слой максим. тощины при максим. нагрузке, что исключает проскальзывание зуба, уменьш. износ фрезы шероховатость обраб. поверхности.
Режим резания: скорость резания - v = πDn/1000, подача s, глубина t, ширина B.
Силы резания. Фреза должна одолеть суммарные силы резания R, расклад. на составляющие окружную силу Р, касательную к траектории движения точки режущей кромки, и радиальную силу Ру, направленную по радиусу. Силу R можно разложить на горизонтальную Рв и вертик. Pv составляющие. У фрез с винтовыми зубьями в осевом направ­л. действует еще осевая сила Р0 .
По окружной составляющей силе Р определяют эффективную мощность Ne и производят расчет механизма коробки скоростей на прочность. Радиальная составляющая сила Ру действует на опоры шпинделя станка и изгибает оправку, на которой крепят фрезу. Горизонтальная составляющая сила Рн действует на механизм подачи станка и элементы крепления заготовки; осевая сила Р0 - на подшипники шпинделя станка и механизм поперечной подачи стола; вертикальная составляющая сила Pv - на механизм вертикальной подачи стола.

фрезерных станках

и наружн. поверхностей с высокой точностью формы и размеров многолезвийным

режущим инструментом - протяжкой - при ее поступательном движении относительно неподвижной за­готовки (гл. движ.). Метод протягивания -каждый зуб про­тяжки срезает с обрабатываемой поверхности стружку небольшой толщины - размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего. Обработанная поверхность имеет малую шероховатость.
Скорость резания 8-15 м/мин., подача – 0,01-0,2 мм/зуб.

Схема протя­гивания отверстия:
1 - кронштейн станка; 2 - заготовка; 3 - протяжка

Элементы и геометрия зуба круглой протяжки

l1, - замковая (хвостовик), l2- шейка, l3 –передн. направл. ,
l4 –режущая, l5 - калибрующая, l6 – задн. направл. часть

Горизонтально протяжной станок

Вертикально-протяжной ста нок

Схема обработки заготовок на протяжном станке непрерывной обработки

Схемы обработки заготовок на протяжных станках:
1 — заготовка; 2 — протяжка; 3 — направляющая втулка

Конструкции деталей машин,
обрабатываемых на протяж­ных станках