3512
.pdfРис. 1.4. Примеры изображения схемы обработки заготовок: а) точением; б) сверлением; в) фрезерованием; г) шлифованием
Рис. 1.5. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя при точении
10
Глубиной резания (t) называют кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки. Глубина резания измеряется в миллиметрах и определяется в нашем примере по формуле:
= 0,5( − ) мм.
Подачей (S) – называют путь точки режущей кромки инструмента в направлении подачи за один оборот заготовки (мм/об) при точении или за одну минуту (мм/мин) при фрезеровании.
К параметрам режима резания относят также основное (технологическое) время обработки: время, затрачиваемое непосредственно на процесс резания:
|
|
|
– |
∙ |
режущего инструмента в |
|
|
|
путь |
||
где |
|
|
= |
∙ |
мин, |
направлении подачи, мм; |
|
|
|
||
|
= + |
+ |
|
|
|
–длина обработанной поверхности,
=∙ – величина врезания резца,
=1…3 мм – выход (перебег) резца,
–число рабочих ходов резца.
5.Инструмент для формообразования поверхностей деталей машин
Основные термины и определения на режущий инструмент установлены следующими стандартами:
ГОСТ 25751-83 – лезвийные инструменты,
ГОСТ 14445-84 и ГОСТ 14706-78 – абразивные.
Виды РИ по различным признакам: лезвийный РИ – с заданным числом лезвий;
лезвие РИ – клинообразный элемент РИ для проникновения в материал заготовки и снятия слоя материала.
абразивный РИ – РИ для шлифования. По назначению:
-металлорежущий и дереворежущий.
11
По форме:
-дисковый и пластинчатый;
-цилиндрический и конический. По изготовлению:
-цельный РИ – из одной заготовки (материала),
-составной РИ – неразборный (сварной, клееный, паянный),
-сборный РИ – разъемный.
По креплению:
-насадной и хвостовой;
-ручной и машинный;
-машинно-ручной и разжимной. По способу обработки:
-зуборезный и резьбонарезной;
-инструментальная головка – сборный РИ с
регулировкой размера рабочей части.
Основным элементом любого режущего инструмента является элементарный «клин». Рассмотрим элементы геометрии и конструкции токарного резца, на примере которого можно научиться разбираться во всем многообразии лезвийных режущих инструментов.
Прежде следует познакомиться с конструктивными элементами токарного резца (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Конструктивные элементы прямого проходного токарного резца:
I – головка – рабочая часть резца,
II – державка резца – крепежная часть
12
Головка образуется при заточке и имеет элементы:
– передняя поверхность лезвия инструмента, по которой сходит стружка;
– главная задняя поверхность лезвия инструмента, примыкающая к главной режущей кромке и обращенная к поверхности резания заготовки;
– вспомогательная задняя поверхность лезвия инструмента, примыкающая к вспомогательной режущей кромке и обращенная к обработанной поверхности заготовки;
–главная режущая кромка;
–вспомогательная режущая кромка;
–вершина лезвия, место пересечения передней и задних поверхностей лезвия;
в– радиус при вершине.
Для определения углов, под которыми расположены поверхности рабочей чести режущего лезвия инструмента относительно друг друга, используют системы координат и координатные плоскости.
Различают следующие системы координат: Инструментальная система координат (ИСК) –
применяется для изготовления и контроля инструмента. Статическая система координат (ССК) – применяется для
приближенных расчетов углов лезвия в процессе резания, с учетом изменения их после установки инструмента на станке.
Кинематическая система координат (КСК) – система координат скорректированная относительно направления скорости результирующего движения резания.
Координатные плоскости бывают:
– основная плоскость проходит через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного или результирующего движения резания (может быть, И, или );
П – плоскость резания касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости (может быть ПИ, ПС или ПК);
13
линииТ |
– главная секущая плоскость перпендикулярная к |
|||||||||
пересечения |
основной |
плоскости |
и плоскости |
|||||||
резания |
П |
(может быть |
ТИ |
, |
ТС |
или |
ТК |
). |
|
|
Кроме того, различают еще плоскости: |
|
|||||||||
|
– |
рабочая |
плоскость, |
в которой |
расположены |
направления скоростей главного движения резания и движения подачи.
– нормальная секущая плоскость, перпендикулярная к режущей кромке в рассматриваемой точке.
Под геометрией резца понимают углы, которые определяют положение элементов рабочей части относительно
координатных плоскостей. |
|
|
|
||
|
Различают углы в плане и в сечении. |
|
|||
|
Рассмотрим образование углов в ССК у проходного |
||||
прямого резца (рис. 1.7). |
|
|
|
||
|
Углы в плане: |
|
|
|
|
|
– главный угол в плане – угол в основной плоскости |
||||
между плоскостью резания |
и рабочей плоскостью |
; |
|||
|
– угол при вершине – Пугол между проекциями режущих |
||||
кромок на . |
|
|
|
|
|
|
Углы в сечении (главном): |
|
|
||
|
– главный задний угол – угол в секущей плоскости |
||||
между главной задней поверхностью |
и плоскостью резания |
||||
П; |
– передний угол – угол в секущей плоскости |
между |
|||
передней поверхностью |
и основной плоскостью |
; |
|||
|
– угол заострения – между передней и главной задней |
||||
поверхностями в основной плоскости |
; |
|
|||
|
– угол наклона главной режущей громки – угол в |
||||
плоскости резания |
между главной |
режущей кромкой и |
|||
основной плоскостью |
П . |
|
|
|
14
Рис. 1.7. Углы резца в ССК
Влияние углов резца на процесс резания
|
С изменением угла |
перераспределяются составляющие |
результирующей силы резания в плоскости . |
||
|
С уменьшением угла |
возрастает радиальная составляю- |
щая |
и уменьшается осевая составляющая , снижается |
шероховатость обработанной поверхности, увеличивается активная рабочая длина главной режущей кромки, уменьша-
15
ется сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, возможно возникновение вибраций, снижающих качество обработанной поверхности. При обработке
длинных). |
тонких деталей следует увеличивать угол ( |
= |
90° |
|
|
С уменьшением угла снижается шероховатость обработанной поверхности, увеличивается прочность вершины резца и уменьшается ее износ, но возрастают вибрации.
При изменении угла изменяется трение между главной задней поверхностью резца и поверхностью резания заготовки,
всвязи с чем изменяется износ резца.
Сизменением угла изменяется деформация срезаемого слоя, изменяется сила резания и расход мощности, изменяются прочность резца, величина износа и условия теплоотвода от режущей кромки. При обработке деталей из хрупких и твер-
дых материалов угол может быть отрицательным. Изменение угла изменяет направление схода стружки.
При чистовом точении положительный угол λ может ухудшать качество обработанной поверхности.
В динамике при резании происходит незначительное изменение величины углов: увеличивается, а уменьшается.
6. Физические закономерности (явления) процесса резания
Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений, таких как:
1)стружкообразование,
2)усадка стружки,
3)силы резания,
4)наростообразование,
5)упрочнение (наклеп) поверхностного слоя,
6)тепловыделения в зоне резания,
7)трение и износ инструмента,
8)вибрации.
16
1) Стружкообразование и виды стружек
Процесс резания металла и образование стружки осуществляется в определенной последовательности (рис. 1.8а):
-под действием силы резец вдавливается в металл, при этом в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические;
-возрастание пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям – смещению частей кристаллов относительно друг друга;
-сдвиговые деформации вызывают скольжение отдельных частей зерен по плоскостям скольжения (по линии
0 – 0);
-плоскости скольжения дробят зерна на отдельные части (пластины), зерна при этом вытягиваются, располагаются цепочкой, металл упрочняется;
-при максимальной величине пластической деформации зерна смещаются относительно друг друга и скалывается элементарный объем металла.
Рис. 1.8. Схема процесса стружкообразования (а) и виды стружек: б) сливная; в) скалывания; г) надлома
Следовательно, резание – это процесс последовательного деформирования срезаемого слоя материала; упругого и пластического разрушения.
17
При резании металлов с разными физико-механическими свойствами образуется три вида стружек: сливная, скалывания
и надлома.
Сливная стружка (рис. 1.8б) образуется при резании пластичных металлов и сплавов и представляет собой сплошную ленту с гладкой прирезцовой стороной и зазубринами на внешней стороне.
Стружка скалывания (рис. 1.8в) образуется при обработке металлов средней твердости. Она состоит как бы из отдельных элементов, соединенных между собой в ленту.
Стружка надлома (рис. 1.8г) образуется при обработке хрупких металлов и состоит из отдельных элементов, не связанных между собой.
Вид стружки кроме физико-механических свойств металла еще зависит от: режима резания, геометрии режущего инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
2) Усадка стружки
Усадка стружки – укорочение и утолщение стружки по сравнению с длиной и толщиной срезаемого слоя (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Схема усадки стружки
Усадка характеризуется коэффициентом усадки , который может быть:
– коэффициент продольной усадки и
18
– коэффициент поперечной усадки, |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
из равенства |
объемов материала стружки и срезанного |
|||||||||||
= ; |
|
|
= |
|
, |
|
|
|
|
|||
слоя имеем: |
∙ |
|
|
|
= |
|
|
|
= |
= |
|
|
Чем∙ ∙ = ∙ |
, при |
получаем |
. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
пластичнее металл, тем больше коэффициент усадки |
||||||||||||
стружки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для хрупких металлов |
|
, для пластичных |
|
|
. |
|||||||
Усадка стружки зависит |
от физико-механических свойств |
|||||||||||
|
= 1 |
|
|
|
|
= 4…7 |
|
обрабатываемого материала, режима резания, геометрии инструмента, условий резания и др.
3) Силы резания
Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы «R», приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке, в направлении главного движения. При этом работа, затрачиваемая на деформацию и разрушение металла равна:
где |
|
уд |
= |
∙ = |
уд + пд + |
т, |
на |
упругое |
|
|
– работа, |
затраченная |
|
||||
деформирование, |
|
|
|
|
|
|
||
пд |
– |
работа, |
затраченная |
на |
пластическое |
|||
деформирование и разрушение металла, |
|
|
|
|||||
|
– работа, затраченная на преодоление сил трения |
|||||||
инструментат |
о заготовку и стружку. |
|
|
|
В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на резец: нормального давления и силы трения.
Равнодействующую R от указанных сил можно разложить на составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям: координатным осям станка
(рис. 1.10).
Такими являются:
19