Лабораторный практикум по дисциплине ''Процессы формообразования и инструменты'': Часть I: Учебное пособие

П. В. ОЛЬШТЫНСКИЙ, С. Н. ОЛЬШТЫНСКИЙ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТЫ» ЧАСТЬ I

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

П. В. Ольштынский, С. Н. Ольштынский

Лабораторный практикум по дисциплине «ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТЫ» ЧАСТЬ I

Учебное пособие

РПК «Политехник» Волгоград 2006 2

УДК 621.911 + 621.9.02] (075.3) 0-56 Рецензенты: А. Ю. Вершинин, В. А. Носенко

Ольштынский П. В., Ольштынский С. Н. Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты». ЧАСТЬ 1: Учеб. пособие / ВолгГТУ. − Волгоград, 2006. − 80 с. ISBN 5-230-04848-4 Излагаются краткая теория и методика выполнения лабораторных работ по основным темам курса «Процессы формообразования и инструменты». Предназначено для студентов специальности 151001.51 «Технология машиностроения» среднего профессионального образования, а также может быть полезно для студентов вузов, обучающихся по специальностям 151001.65, 151002.65. Ил. 54.

Табл.8. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

©

ISBN 5-230-04848-4

3

Волгоградский государственный технический университет, 2006

Павел Васильевич Ольштынский Сергей Николаевич Ольштынский

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТЫ». ЧАСТЬ I Учебное пособие В авторской редакции Темплан 2006 г., поз. № 1 Лицензия ИД № 04790 от 18 мая 2001 г. Подписано в печать 22. 11. 2006 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать ризографическая. Усл. печ. л. 5,0. Усл. авт. л. 4,63. Тираж 75 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28. РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета 400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

4

ВВЕДЕНИЕ Студенты среднетехнического факультета специальности “Технология машиностроения”, “Оборудование машиностроительного производства”, “Технологическая оснастка”, “Проектирование и производство металлорежущего инструмента” повсеместно сталкиваются с решением вопросов проектирования технологических процессов обработки деталей, конструированием технологической оснастки, режущих инструментов и т.п. Решение этих задач невозможно без освоения дисциплины “Процессы формообразования и инструменты”. Настоящий лабораторный практикум состоит из 2 частей и включает комплекс лабораторных работ, охватывающих важнейшие разделы курса. В руководстве определены цель, содержание и порядок выполнения каждой лабораторной работы, указан перечень необходимого лабораторного оборудования, приборов, инструментов и соответствующих материалов. Особое внимание уделяется технике безопасности при выполнении работ. Цель лабораторных работ − закрепление и углубление знаний, полученных студентами при теоретическом изучении материала, приобретение практических навыков при исследовании физических явлений, сопровождающих процесс резания, а также практическое знакомство с типами металлорежущего инструмента, его конструктивными и геометрическими элементами. В первой части пособия студенты на практике знакомятся с кинематикой резания при точении, исследуют процесс деформации и усадки стружки, температурные явления в зоне резания, износ инструмента и возникающие силы резания при точении, определяют влияние условий резания на эти явления, изучают кинематику резания при сверлении и конструкции фрез общего назначения. Лабораторная работа планируется при одновременном участии 10-15 студентов, которые разбиваются на подгруппы в количестве 3-4 человек, выполняющих различные работы. Это позволяет студентам проявить самостоятельность и высокую активность при выполнении лабораторной работы. Завершающим этапом выполнения лабораторной работы является составление отчета каждым студентом и его защиты у преподавателя.

5

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ 1.1. Цель работы 1.1.1. Закрепление терминов, определений и понятий, составляющих основу кинематики процесса резания при точении. 1.1.2. Изучение конструктивных и геометрических элементов различных типов токарных резцов. 1.1.3. Изучение конструкции измерительных приборов и приемов работы при измерении геометрических и конструктивных параметров токарных резцов. 1.1.4. Рассмотрение причин изменения геометрических элементов режущей части резца в процессе резания. 1.2. Теоретическая часть Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заготовки некоторой массы металла, специально оставленной на обработку и называемой припуском. Для этого инструменту и заготовке сообщают движения с определенными направлениями и скоростями. Количество движений, с помощью которых происходит формообразование поверхности, бывает различно. Сочетание движений, сообщаемых механизмом станка в процессе резания инструменту и заготовке, представляет собой принципиальную кинематическую схему резания. При механической обработке наибольшее распространение получили кинематические схемы с одним прямолинейным движением и одним вращательным движением. Наибольшее распространение при формообразовании поверхностей получила токарная обработка (точение с помощью резцов). К видам точения можно отнести: растачивание − обработка внутренних поверхностей; подрезание − обработка плоских (торцевых) поверхностей; разрезание − разделение заготовок на части. Формообразующими движениями при точении являются вращательное движение заготовки и поступательное движение инструмента − резца. Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольное движение подачи), перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечное движение подачи), под углом к оси вращения заготовки (наклонное движение подачи). На токарных станках обрабатывают, как правило, детали типа тел вращения, к которым относятся гладкие и ступенчатые валы (рис. 1.1а, б), зубчатые колеса (рис. 1.1в), втулки (рис. 1.1г), крышки (рис. 1.1д) и др.

6

а)

в)

б)

г)

д)

Рис. 1.1. Виды заготовок, обрабатываемых на станках резцами

Схемы основных видов обработки поверхностей, показанные на рис. 1.2, являются типовыми, так как их можно реализовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и станках с ЧПУ. Обработка поверхностей осуществляется с продольными или поперечными движениями подачи (рис. 1.2а). Формообразование поверхностей при обработке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, а при обработке с поперечным движением подачи − в основном по методу копирования.

а)

б)

в)

Рис. 1.2. Виды работ, выполняемые резцами

7

г)

д)

е)

ж)

з)

и)

к)

л) Продолжение рис. 1.2. Виды работ, выполняемые резцами

Перемещения инструментов в направлениях движения подачи зависят от типа станка и управления или осуществляется вручную (на универсальных станках), от кулачков и копиров (на полуавтоматах и автоматах) или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка. Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми (рис. 8

1.2а) или упорными проходными резцами (рис. 1.2б). Наружные (рис.1.2в) и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль нарезаемых резьб. Точение длинных пологих конусов (2α=8-10°) производят смещая в поперечном направлении корпус задней бабки относительно основания (рис. 1.2г) или используя специальное приспособление − конусную линейку. При обработке конических поверхностей на станках с ЧПУ продольное и поперечное движение суммируется автоматически. Сквозные отверстия на токарно-винторезных станках растачивают проходными расточными резцами (рис. 1.2д, е). С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 1.2ж) прорезными резцами, фасонные поверхности (рис. 1.2з) фасонными стержневыми резцами, короткие конические поверхности-фаски (рис. 1.2и) − широкими резцами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине конической поверхности. Отрезка деталей от заготовки выполняется отрезными резцами с наклонной режущей кромкой (рис. 1.2к), что обеспечивает получение торца у готовой детали без остаточного заусенца. Подрезание торцов выполняется специальными подрезными резцами (рис. 1.2л). Обтачивание наружных и растачивание внутренних конических поверхностей средней длины (рис. 1.2м) с любым углом конуса при вершине на токарно-винторезных станках производят с наклонным движением подачи резцов, при повороте верхнего суппорта. На токарновинторезных станках обработку отверстий выполняют сверлами, зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут с продольным движением подачи режущего инструмента. Многие способы обработки металлов резанием предусматривают применение режущих инструментов, работающих по принципу резца. В основу обработки резцом положена работа режущего клина, поэтому режущая часть резца и представляет собой режущий клин. Основные части резца, режущие кромки и поверхности головки резца показаны на рис. 1.3. Резец состоит из двух основных частей: режущей I, которая является рабочей частью с режущими кромками и тела II, служащего для закрепления резца в специальной державке или резцедержателе станка. На режущей части резца различают следующие элементы. Передняя поверхность 1, по которой сходит стружка. От ее правильного наклона в значительной степени зависит успех работы резца. Главная задняя поверхность 3, обращена к обрабатываемому изделию в направлении подачи.

9

Рис 1.3. Конструктивные параметры резца: а − проходной прямой; б − отрезной

Вспомогательная задняя поверхность 5, обращена к обрабатываемому изделию в направлении, противоположном направлению подачи. Вспомогательных задних, поверхностей может быть несколько, например, две у отрезного резца (см. рис. 1.3б). Главная режущая кромка 2 образуется пересечением передней и главной задней поверхностями и выполняет основную работу резания. Вспомогательная режущая кромка 6, образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхностями и осуществляет вспомогательное резание. Вершиной резца 4 является место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок. Вершина резца может быть острой, но обычно ее закругляют для большей стойкости резца, а также для повышения чистоты обработанной поверхности. 1.3. Классификация резцов Резцы классифицируют по следующим признакам: 1) по типу станков − токарные, строгальные, долбежные, автоматные и др. (рис. 1.4); 2) по направлению движения подачи − правые и левые (рис. 1.5); 3) по материалу режущей части − быстрорежущие, твердосплавные, металлокерамические, алмазные и др; 4) по конструкции головки − прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые (рис. 1.6); 10

а) б) Рис. 1.4. Классификация резцов по типу станков: а − токарные, б − строгальные, в − долбежные

в)

Рис. 1.5. Классификация резцов по направлению движения подачи

5) по виду обработки − проходные, проходные упорные, подрезные, отрезные, расточные (для глухих и сквозных отверстий), резьбовые и др.; 6) по характеру обработки − обдирочные (черновые), чистовые и резцы для тонкого точения; 7) по способу изготовления − цельные, составные, сборные (рис. 1.7).

11

а)

б)

в)

г) Рис. 1.6. Классификация резцов по форме головки: а − прямые, б − отогнутые, в − изогнутые, г − с оттянутой головкой

Рис. 1.7. Классификация резцов по способу крепления режущей части: а − цельный, б − составной с головкой, в − составной с пластинкой, г − с механическим креплением пластинки

1.4. Поверхности и координатные плоскости резца Слой металла, срезаемый с заготовки в процессе изготовления детали, называется припуском на обработку. Величина припуска определяется разностью размеров заготовки и обработанной детали. На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности (рис. 1.8): 1 − обрабатываемая поверхность − поверхность, с которой снимается 12

и превращается в стружку слой металла, оставленный как припуск; 2 − обработанная поверхность − поверхность, полученная после снятия слоя металла, оставленного как припуск; 3 − поверхность резания − поверхность, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой инструмента и являющаяся переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями. 4 − плоскость резания − плоскость, проходящая через главное режущее лезвие и вектор скорости любой точки (точки А). 5 − основная плоскость − плоскость, перпендикулярная к вектору скорости резания. Поверхность резания соединяет обрабатываемую и обработанную поверхности.

Рис. 1.8. Поверхности и координатные плоскости

1.5. Геометрические параметры режущей части резца Геометрию режущего инструмента целесообразно рассматривать двояко: − как геометрического тела, параметры которого необходимо знать при изготовлении и заточке; − в процессе резания, когда при неизменной форме инструмента геометрические параметры могут изменяться в зависимости от режима резания и установки инструмента относительно обрабатываемой детали. Положение передних и задних поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок, образующих режущие элементы (зубья), координируется относительно, корпуса инструмента системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами. Геометрические параметры, присущие режущим элементам различных инструментов, могут быть рассмотрены на примере проходного токарного резца (рис. 1.9а). 13

Рис. 1.9. Геометрические параметры резцы

Положение главной и вспомогательной режущих кромок определяется как проекции на основную плоскость. Сечения А-А и Б-Б являются следами соответственно главной и вспомогательной секущих плоскостей. Углы, измеряемые в главной секущей плоскости, называются главными и определяют режущий клин, а во вспомогательной − вспомогательными. Угол ϕ и ϕ1 называют углами в плане. Главным углом в плане ϕ называется угол, измеряемый в основной плоскости между проекцией на нее вектора скорости подачи и проекцией главной режущей кромки. Вспомогательным углом в плане ϕ1 называется угол, измеряемый в основной координатной плоскости между проекцией на нее вспомогательной режущей кромки и вектором скорости подачи. Угол при вершине ε − угол между проекциями главного и вспомогательного режущих лезвий на основную плоскость: ϕ+ϕ1+ε=180° Положение передней и главной задней поверхностей определяется главным углом γ и главным задним углом α. Углы α и γ измеряются в главной секущей плоскости А-А. Главным 14

передним углом γ называется угол между касательной к передней поверхности и плоскости, проходящей через рассматриваемую точку перпендикулярно плоскости резания. Главным задним углом α называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Угол заострения β и угол резания δ так же измеряются в главной секущей плоскости. Угол β измеряется между касательной к передней поверхности и главной задней поверхностью. Угол δ измеряется между касательной к передней поверхности и плоскостью резания. α + β + γ = 90°, γ + δ = 90°. Угол наклона главной режущей кромки λ измеряется в плоскости резания между главной режущей кромкой и плоскостью, проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости. Угол λ может иметь нулевое, положительное и отрицательное значение (см. рис. 1.9б). Вспомогательные передние и задние углы измеряются во вспомогательной секущей плоскости Б-Б. 1.6. Кинематические (рабочие) углы резца Рабочие углы отличаются от статических ввиду того, что плоскость резания, касательная к поверхности резания, в процессе резания не перпендикулярна к основной плоскости по следующим причинам: 1) рассматриваемая точка режущей кромки расположена выше или ниже оси центров либо из-за погрешности установки и закрепления инструмента на станке, либо из-за наличия угла λ ; 2) поверхность резания не кольцевая поверхность усеченного конуса, а винтовая поверхность; 3) в результате износа контактных поверхностей непрерывно изменяется и положение режущей кромки; 4) при обработке материалов, склонных к наростообразованию, роль режущей кромки выполняет нарост. Рассмотрим влияние первых двух причин на значения γ и α. Как уже отмечалось, если резец получает движение подачи, то поверхность резания − это винтовая поверхность с шагом, равным подаче, и касательная к ней плоскость резания будет расположена под углом наклона винтовой поверхности. Чем больше отношение S/2 π , называемое кинематическим параметром обработки, тем больше наклон винтовой поверхности и тем больше изменение рабочих углов γр αр. На рис. 1.10 представлено действительное положение поверхности резания и касательной к ней плоскости резания А-А с учетом движения подачи при ϕ = 90° и λ = 0° (В-В − положение плоскости резания при отсутствии движения подачи). Как видно, действительное положение плоскости резания ближе к задней поверхности резца, в связи с чем рабо15

чий задний угол

αρ

будет меньше статического α на величину угла η

(см. рис. 1.10). Изменяется так же положение плоскости С-С, перпендикулярной к плоскости резания в рассматриваемой точке режущей кромки, следовательно изменится и значение рабочего переднего угла γ ρ . Таким образом имеем:

αρ =α −η , γ ρ = γ +η

(1.1)

где α и γ − статические углы резца; η − угол наклона траектории точки режущей кромки.

а) б) Рис.1.10. Изменение углов резца в процессе резания: а) продольное точение; б) поперечное точение

Если развернуть на плоскость окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки, то получим треугольник (рис. 1.11), в котором катетами будут подача и окружность вращения, а гипотенузой − винтовая траектория (отрезок архимедовой спирали при поперечном точении). Отсюда: (1.2) η = arctg ( S / π D ) Если у резца угол ϕ ≠ 90°, то угол между положениями плоскости резания, измеренный в главной секущей плоскости ηϕ, можно определить по формуле:

tg η ϕ = tg η ⋅ sin ϕ

(1.3)

Тогда рабочие углы в главной секущей плоскости будут равны: 16

α ρ = α − ηϕ , γ ρ = γ + ηϕ

(1.4)

Рис 1.11. Развертка траектории точки режущей кромки резца

Смещение точки режущей кромки от линии центров (рис. 1.12) может быть вызвано наклонным расположением режущей кромки при λ ≠ 0°, ошибками установки или стремлением улучшить условия резания. Из рисунка видно, что рабочие углы в этом случае изменяются на величину: τ = arcsin( h / R ) при ϕ = 90 ° или tg τ ϕ = tg τ ⋅ cos ϕ при ϕ ≠ 90 ° Тогда с учетом смещения рабочие углы: γ τ = γ ± τ ϕ и ατ = α ± τ ϕ . С учетом движения подачи и смещения точки режущей кромки, окончательно имеем: (1.5) α ρ = α − η ϕ ± τ ϕ , γ ρ = γ + ηϕ ± τ ϕ .

1.7. Методические указания по выполнению работы Для выполнения работы необходимо иметь два-три комплекта разных типов токарных резцов. Каждый комплект должен содержать следующие основные типы резцов: проходные (правый и левый, прямой и отогнутый), подрезные, отрезные. По конструкции резцы должны быть с напайными пластинками и с механическим креплением пластин. Конструктивные и геометрические элементы резцов измеряются универсальными и специальными инструментами - штангенциркулем, универсальным угломером и другими измерительными средствами, имеющимися в лаборатории резания. Передний угол, задние углы, угол наклона главной режущей кромки измеряют настольным угломером. Настольный угломер (рис. 1.13) состоит из основания 1, стойки 2, по

17

которой перемещается сектор 5 со шкалой, поворотного шаблона с указателем 4 и зажимных винтов 3.

а) б) Рис. 1.12. Геометрические параметры резца в зависимости от положения его вершины относительно оси центров при: а − наружном точении; б − растачивании

При установке указателя 4 на 0° сектора 5 горизонтальная сторона шаблона расположится параллельно опорной плоскости угломера, на которую устанавливаете при измерении резец. Для измерения переднего угла у (рис. 1.13) резец устанавливается так, чтобы шаблон располагался нормально к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (в главной секущей плоскости). Горизонтальная сторона шаблона совмещается без просвета с передней поверхностью лезвия, а указатель отсчитывает по шкале сектора величину угла у. Для измерения заднего угла α (рис. 1.14) при той же установке резца вертикальная сторона шаблона совмещается без просвета с задней поверхностью лезвия резца. Указатель отсчитывает величину угла а. Для измерения угла наклона режущей кромки λ (рис. 1.15) резец устанавливают так, чтобы горизонтальная сторона шаблона совпала без просве18

та с главной режущей кромкой. Углы в плане ϕ и ϕ1 измеряют универсальным угломером. При измерении главного угла в плане ϕ (рис.1.16) планку 1 угломера прикладывают к режущей кромке лезвия, а планку 2 - к боковой стороне резца 3. Показания на шкале угломера дают значения ϕ. Подобным же методом измеряют вспомогательный угол в плане ϕ1.

Рис. 1.13. Измерение угла γ токарного проходного резца

Рис. 1.14. Измерение угла α токарного проходного резца

1.8. Охрана труда и техника безопасности При проведении работы в лаборатории должны выполняться требования действующей инструкции по технике безопасности при работе с металлорежущим оборудованием и оснащением. Более конкретно, в данной работе 19

следует особое внимание обращать на опасность травматизма при обращении с остро заточенными лезвиями металлорежущих инструментов. Необходимо предотвращать падение инструментов и случайное резкое воздействие их лезвий на кожный покров человека.

Рис. 1.15. Измерение угла λ токарного проходного резца

Рис. 1.16. Измерение угла ϕ токарного проходного резца

1.9. Задание для самостоятельного выполнения работы 1. Ознакомиться с содержанием и методикой проведения работы. 2. Изучить конструкцию различных типов резцов. 3. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия измерительных приборов. 20

4. Произвести измерение конструктивных и геометрических элементов комплекта резцов. Результаты измерений занести в табл. 1.1. 5. Зарисовать эскизы резцов с простановкой всех угловых и линейных размеров. Зарисовать схему обработки для каждого резца.

Таблица 1.1 Геометрические параметры лезвия резцов

α1

Вспомогательный задний

При вершине ε

Вспомогательный ϕ1

Главный ϕ

Угол наклона главной режущей кромки λ

в плане

Резания δ

Заострения β

Задний γ

главные

Передний α Задний

Наименование резца

Размер резца ВхН, мм

№ резца

Углы резца в градусах

1.10. Содержание отчета 1.10.1. Название работы. 1.10.2. Цель работы. 1.10.3. Задание на измерение основных конструктивных и геометрических параметров указанного резца. 1.10.4. Заполнение табл. 1.1. 1.10.5. Выполнение эскиза резца с указанием основных конструктивных размеров и углов резания. 1.10.6. Привести схему измерения одного из углов (по заданию преподавателя). 1.10.7. Указать область применения измеренного резца и работы, выполняемые им. 1.11. Контрольные вопросы 1. Какие виды работ могут выполнять токарные проходные резцы? 2. Какие движения имеют деталь и резец в процессе резания? 3. Назовите поверхности на детали при обработке её точением? 4. Какая поверхность называется обрабатываемой поверхностью? 21

5. Какая поверхность называется обработанной поверхностью? 6. Какая поверхность называется поверхностью резания? 7. Назовите основные части резца. 8. Для чего служит головка резца? 9. Для чего служит державка резца? 10. Какие поверхности известны на головке резца? 11. Какая плоскость называется основной плоскостью резца? 12. Какая плоскость называется плоскостью резания? 13. Сколько режущих кромок имеет прямой проходной токарный резец? 14. Пересечением каких поверхностей образуется главная режущая кромка? 15. Пересечением каких поверхностей образуется вспомогательная режущая кромка? 16. Что называется вершиной резца? 17. Какой угол называется передним углом резца? 18.Когда передний угол считается положительным», отрицательным, нулевым? 19. Какой угол называется главным задним углом? 20. Главный задний угол всегда положителен, отрицателен и почему? 21. Какой угол называется углом заострения? Что определяет этот угол? 22. Какой угол называется углом резания? На что оказывает влияние угол резания? 23. Какой угол называется вспомогательным задним углом? 24. Какой угол называется углом наклона главной режущей кромки? На что оказывает влияние этот угол? 25. Когда угол наклона режущей кромки положителен, отрицателен, нулевой? 26. Какой угол называется углом в плане ϕ? 27. Какой угол называется вспомогательным углом в плане ϕ1? 28. На что оказывают влияние углы ϕ и ϕ1? 29. Что называется вспомогательной секущей плоскостью? 30. Что называется главной секущей плоскостью? 31. В какой плоскости измеряются углы α, α1, γ, λ, ϕ и ϕ1?

22

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА УСАДКУ СТРУЖКИ

2.1. Цель работы Целью работы является ознакомление студентов с понятием о процессе стружкообразования и основными параметрами, определяющими процесс стружкообразования, методами определения усадки стружки, а также выявление зависимости усадки стружки от элементов режима резания и знакомство с видом и формой стружек, образующихся при резании стали. 2.2. Теоретическая часть 2.2.1. Понятия о процессе стружкообразования Процесс резания металлов складывается из трех последовательных стадий: упругой и пластической деформаций и отделения деформированного элемента срезаемого слоя в виде стружки от основного металла заготовки путем разрушения его связей в микрообъемах, прилегающих к режущим кромкам инструмента. В результате возникают две новые поверхности: одна - на обрабатываемой заготовке, другая - на срезанной стружке. При этом в процессе резания впереди режущего клина всегда находится определенный упруго 1 и пластически 2 деформированный объем обрабатываемого металла, величина которого определяет зону опережающих деформаций (рис. 2.1а). Эта зона, непрерывно перемещаясь впереди режущего клина, охватывает как срезаемый слой толщиной а, прилегающий к передней поверхности режущего клина, так и часть материала заготовки, находящегося за режущими кромками и определяющего строение поверхностного слоя обработанной детали. Следует отметить, что строгой границы между пластически деформированной и упругодеформированной зонами нет, поскольку даже самая небольшая упругая деформация сопровождается в свою очередь незначительной пластической деформацией. С другой стороны, в зоне пластических деформаций обязательно происходят как упругие деформации, так и процессы образования микротрещин, вызывающие разрушение материала срезаемого слоя. Кроме того, интенсивная пластическая деформация приводит к схватыванию частиц обрабатываемого материала с передней поверхностью инструмента и образованию застойной зоны на ней − нароста 3 (рис.2.1а).

23

а) б) Рис. 2.1. Процесс стружкообразования: а − стадии деформации и отделения срезаемого слоя; б − процесс образования сливной стружки

При резании металлов незначительная, затрачиваемая работа на упругие деформации, по сравнению с пластическими позволяет пренебречь ими и считать стружкообразование процессом локализованной пластической деформации, доведенной по определенным поверхностям до разрушения. Поэтому реальный процесс образования стружки может быть представлен схемой, представленной на рис. 2.1б. Сосредоточенная сила R, с которой передняя поверхность инструмент давит на срезаемый слой, называется силой стружкообразования. Зона 1 представляет собой зону первичной деформации. Зерно срезаемого слоя, перемещающееся относительно инструмента со скоростью резания V, начинает деформировался в точке F и проходя по траектории своего движения, получает все большую степень деформации. Деформации зерна заканчивается в точке Q, где зерно приобретает скорость Vс, равную скорости стружки. Измерения показывают, что ширина стружки не претерпевает изменений по сравнению с шириной срезаемого слоя. Поэтому можно считать, что деформированное состояние в зоне стружкообразования является плоским и срезаемый слой в процессе резания претерпевает деформацию сдвига. На основании этого линия ОА физически представляет собой поверхность сдвига (скольжения), на которой сдвигающие напряжения τ равны пределу теку чести τ O , материала на сдвиг. Вся зона 1 состоит из подобных, поверхностей, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, уже получившего определенную степень упрочнения в результате предшествующей деформации. Линия 0В представляет собой поверхность, на которой осуществляется последняя сдвиговая деформация на ней сдвигающие напряжения τ равны 24

пределу текучести

τ

на сдвиг окончательно упрочненного в результате

превращения срезаемого слоя в стружку материала. Зерна материала, находящихся в непосредственной близости от контактной поверхности стружки, продолжают деформироваться и после выхода их из зоны первичной деформации. Это связано с наличием внешнего трения между контактной стороной стружки и передней поверхностью инструмента. Наличие зоны 2 вторичной деформации COD приводит к неоднородности конечной деформации стружки по ее толщине, степень деформации в зоне 2 может в 20 раз и более превышать среднюю деформацию стружки. Пластическая деформация зерен металла ниже поверхности резания на глубине Δ 2 обусловленная силовым полем впереди режущего клина, определяет напряженно-деформированное состояние и качество обработанной резанием поверхности. Установлено, что при передних углах инструмента, толщины срезаемого слоя и скоростях резания, применяемых на практике, протяженность FQ зоны 1 резко уменьшается, ее границы ОА и 0В сдвигаются, приближаясь к некоторой линии ОЕ, наклонной к поверхности резания под углом ψ . Это позволяет считать, что сдвиговые деформации локализуются в очень тонком слое толщиной ΔΧ , а семейство поверхностей скольжения можно заменить единственной плоскостью ОЕ, называемой условной плоскостью сдвига. В связи с этим углом ψ называется условным углом сдвига. Он является основным параметром, определяющим процесс стружкообразования. Пользуясь его величиной можно определить величины главных деформаций, ориентацию главных осей деформации и удельную работу деформации. На практике для приближенной оценки обрабатываемости пластичных материалов резанием и степени пластической деформации стружки часто используют понятия о коэффициенте усадки, виде и форме стружки. 2.2.2. Вид и форма стружки При резании пластических материалов возможно образование элементной, суставчатой (ступенчатой) или сливной стружки. При обработке хрупких материалов образуется стружка надлома. Первые три называют стружками сдвига, так как их образование связано с напряжениями сдвига, а стружку надлома − стружкой отрыва, так как её образование связано с растягивающими напряжениями. Элементная стружка состоит из отдельных, не связанных друг с другом, но одинаковых по форме и 25

размерами «элементов» срезанного слоя материала. Разделение стружки на части происходит в результате периодического разрушения срезаемого слоя по поверхностям скалывания. У суставчатой стружки «элементы» срезаемого слоя прочно связаны между собой, контактная сторона − гладкая, а свободная − с явно выраженными зазубринами. Сливная стружка не имеет заметных следов плоскостей сдвига, контактная сторона − отполированная, а свободная имеет бархатистый вид. Стружка надлома состоит из отдельных, не связанных друг с другом кусочков различной формы и размеров. Поверхность разрушения может располагаться ниже поверхности резания. 2.2.3. Усадка стружки При резании металла в результате пластической деформации происходит изменение формы и размеров образовавшейся стружки по отношению к срезаемому слою. Это явление называется усадкой стружки и характеризуется коэффициентом усадки. Так как объём металла после деформации практически равен объёму до деформации, а ширина стружки изменяется незначительно, то длина стружки lc становится короче длины срезаемого слоя l (продольная усадка стружки), а толщина стружки ac по сравнению с толщиной срезаемого слоя a увеличивается (поперечная усадка стружки) (рис. 2.2). Продольная и поперечная усадки стружки характеризуется соответственно следующими коэффициентами: коэффициент укорочения

K l = l / lC ,

(2.1)

коэффициент утолщения (2.2) K a = aC / a , и на основании изложенного выше (b ≈ b C ) коэффициент усадки стружки (2.3) K = Kl = Ka,

26

Рис. 2.2. Параметры срезаемого слоя и стружки при строгании

2.2.4. Влияние различных факторов на деформацию стружки Вид, форма и коэффициент усадки стружки зависят от марки обрабатываемого материала, режимов резания, величин углов заточки инструмента и свойств смазочно-охлаждающей жидкости. В общем случае все факторы, способствующие снижению угла сдвига ψ и, тем самым, увеличению площади поверхности, на которой действуют сдвигающие напряжения, (плоскость сдвига), способствуют ухудшению обрабатываемости резанием, а также возрастанию коэффициента усадки стружки. Например, по мере увеличения твердости и прочности обрабатываемого материала и подачи, уменьшения скорости резания (вне зоны наростообразования), переднего угла и угла наклона режущей кромки инструмента сливная стружка переходит в суставчатую, а затем в элементную. При резании материалов, не склонных к наростообразованию по мере увеличения скорости резания коэффициент усадки стружки вначале быстро, а затем более медленно уменьшается (рис. 2.3). Указанное влияние скорости резания на К объясняется уменьшением коэффициента трения между стружкой и передней поверхностью инструмента при увеличении температуры на передней поверхности вследствие возрастания скорости резания.

27

Рис. 2.3. Схема влияния скорости резания на высоту нароста (кривая 3) и коэффициент усадки стружки при резании материалов, не склонных к наростообразованию (кривая 1) и склонных к наростообразованию (кривая 2)

При резании материалов, склонных к наростообразованию (кривая 2), скорость резания на К влияет не монотонно. Уменьшение коэффициента К при увеличении скорости резания от V1 до V2 и его дальнейшее увеличение при возрастании скорости резания от V2 до V3 связано с действием на процесс стружкообразования нароста Н (кривая 3). При увеличении высоты нароста Н фактический передний угол инструмента увеличивается, вследствие чего степень деформации срезаемого слоя в зоне скоростей от V1 до V2 уменьшается. При возрастании скорости резания от V2 до V3 высота нароста уменьшается так же, как и величина фактического переднего угла, стремящегося к величине переднего угла заточки. Это вызывает увеличение коэффициента усадки стружки. При скоростях резания V > V3 нарост отсутствует, и скорость резания влияет на коэффициент К только через изменение коэффициента трения, величина которого уменьшается с увеличением температуры резания. 2.2.5. Методы определения коэффициента усадки 2.2.5.1. По длине стружки. Измеряют длину стружки по гладкому контуру гибкой нитью (тонкой проволокой), нить прикладывают к масштабной линейке и определяют ее длину. Длину пути резца при строгании определяют линейкой или штангенциркулем, при точении − как длину дуги между пазами: l = π ⋅ D ⋅ x / 360 , где х − угол между паузами, град.

(2.4)

2.2.5.2. По толщине стружки. Измеряют в 4...5 точках по ширине и длине стружки микрометром со специальными насадками толщину стружки и подсчитывают её среднее значение. 28

2.2.5.3. Весовой метод. Замеряют гибкой нитью длину стружки с точностью ± 1мм, определяют её массу m C , взвешиванием на аналитических весах. По формуле (2.5) рассчитывают коэффициент усадки. (2.5) K = m C /( S ⋅ t ⋅ l 2 ⋅ ρ ) , Массу стружки m C определяют с точностью до 1 мг. Плотность материала заготовки из стали, принимают ρ =7,8мг/мм3. Лабораторная работа проводится на токарно-винторезном станке мод.16К20. Деталь закрепляется в трехкулачковом патроне ГОСТ 2675-80, поджимается центром задней бабки. Резец закрепляется в резцедержателе станка. Снятая на различных режимах стружка измеряется микрометром 0-25 мод. 102 ГОСТ 6507-90.

2.3. Охрана труда и техника безопасности При работе на токарно-винторезном станке необходимо выполнять следующие требования техники безопасности. - Не разрешается студенту без присутствия учебного мастера включать станок. - Станок должен быть заземлен. - Не допускается работать без головного убора во избежание попадания волос во вращающиеся части станка. - Одежда работающего должна быть аккуратна во избежание попадания ее во вращающиеся части станка. - Над зоной резания должен быть защитный щиток, работающий должен иметь защитные очки от попадания отлетающей стружки. - Не допускается низко наклоняться над деталью во время обработки во избежание попадания стружки на открытые поверхности лица. - Не допускается брать незащищенными руками горячую стружку, чтобы исключить ожоги и порез рук.

2.4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов - Изучить разные типы стружек, представленные в коллекции. - Установить и закрепить деталь на станке. Деталь закрепляется в трехкулачковом патроне, поджимается центром задней бабки. - Установить и закрепить резец в резцедержателе станка. - Измерить штангенциркулем диаметр d обрабатываемой поверхно29

сти детали, необходимый для подсчета скорости резания υ ным числам оборотов n детали: π ⋅d ⋅n , = υ ρ

ρ

по задан(2.6)

1000

- Изменяя четыре раза глубину резания t при постоянной подаче S и постоянных оборотах детали n , т.е. при постоянной скорости резания υ ρ собрать стружку и уложить ее в соответствующие ячейки коробки. - Изменяя четыре раза подачу S при неизменной глубине t и скорости резания υ ρ , собрать стружку и уложить её в коробку. - Изменяя четыре раза число оборотов n детали, т.е. скорость резания υ ρ при постоянных глубине резания t и подаче S собрать стружки в ячейки коробки. - Измерить микрометром 0-25 мод. 102 ГОСТ 6507-90 толщину a с снятых стружек и занести показания в табл. 2.1. - Определить толщину срезаемого слоя а для различных режимов обработки по формуле: (2.7) a = S ⋅ sin ϕ . Занести величину толщины а в табл. 2.1. - Подсчитать коэффициент поперечной усадки k для различных режимов резания и занести его величину в табл. 2.1. (2.8) aс , k =

a

- Исследовать влияние глубины резания на усадку стружки. - Исследовать влияние подачи на усадку стружки. - Исследовать влияние скорости резания на усадку стружки. Таблица 2.1 Экспериментальные данные t, мм

s, мм/об

n, об/мин

Vр м/мин

а, мм

aс мм

k =

aс a

Примечание

- Влияние глубины резания t, подачи S и скорости резания Vр на коэффициент усадки k представить на графиках (рис. 2.4). Линии зависимостей проводить между экспериментальными точками для графика K= f(t) 30

и К= f(s). Зависимость К= f(Vр) проводить через экспериментальные точки.

S мм/об

t мм

V м/мин

Рис. 2.4. Графики экспериментальных зависимостей

2.5. Содержание отчета 1. Отчет по лабораторной работе оформляется согласно стандарта. 2. Указать цель работы. 3. Указать лабораторное оборудование и измерительную аппаратуру. 4. Выполнить эскизы разных видов стружек и описать условия их образования. 5. Привести таблицу экспериментальных данных (см. табл. 2.1). 6. Построить три графика зависимости усадки стружки от режимов резания (см. рис. 2.4). 7. Сделать выводы о влиянии режимов резания на усадку стружки. 2.6. Контрольные вопросы 1. Что такое срезаемый слой? 2. Какие параметры относятся к геометрии срезаемого слоя? 3. Что называется толщиной срезаемого слоя? 4. Что называется шириной срезаемого слоя? 5. Какие виды стружек известны? 6. При каких условиях образуются сливная, элементная стружка, стружка надлома? 7. Какие параметры относятся к режимам резания? 8. Что называется глубиной резания? 9. Что называется подачей? 10. Что такое скорость резания? 11. При каком условии происходит процесс стружкообразования? 12. Что такое плоскость сдвига? 13. Какие виды деформации претерпевают зерна металла в процессе 31

стружкообразования? 14. Равномерна ли деформация зерен по сечению стружки? 15. Как изменяются размеры стружки по сравнению с размерами срезаемого слоя? Что такое усадка стружки? 16. Что называется коэффициентом продольной усадки, коэффициентом поперечной усадки? 17. Как влияет на усадку стружки толщина срезаемого слоя? 18. Как влияет на усадку ширина срезаемого слоя? 19. Как влияет на усадку глубина резания? 20. Как влияет на усадку подача? 21. Как влияет на усадку скорость резания? 22. Как связана усадка стружки с углом сдвига?

32

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА СРЕДНЮЮ ТЕМПЕРАТУРУ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

3.1. Цель работы Целью работы является ознакомление с методами измерения температуры в зоне резания, исследование методом естественной термопары влияние режимов резания (V, S, t) на среднюю температуру контактных поверхностей инструментов. 3.2. Теоретическая часть Одним из главных факторов, определяющих характер и результаты процесса резания, является теплота, образующаяся в зоне резания. Законы теплообразования объясняют целый ряд явлений, связанных со стойкостью инструмента и качеством обработанной поверхности. Чтобы правильно использовать режущий инструмент, необходимо знать эти законы. Основными источниками возникновения теплоты при резании металлов являются: − работа, затрачиваемая на деформацию в срезаемом слое и в поверхностных слоях детали, Адеф. − работа, затрачиваемая на преодоление трения заготовки по передней и задней поверхностям инструмента, Атр. п.п, Атр.з.п. Суммарная работа, затраченная на процесс резания, будет равна (3.1) А = Адеф + Атр. п.п + Атр.з.п Работа резания, произведенная за одну секунду, равна: (3.2) А = PZ ⋅ V , где PZ − сила резания, Н; V − скорость резания, м/с. Установлено, что практически все механические работы резания (99,5%) переходит в теплоту, следовательно, количество тепла, выделяющееся при обработке резанием за 1 с равно: (3.3) . Небольшая часть работы переходит в потенциальную энергию искаженной кристаллической решетки деформированных зерен металла (поглощенная энергия деформации). Это связано с тем, что стружка, обработанная поверхность и трущиеся поверхности инструмента испытывают наклеп. Поэтому, более точно формулу можно выразить так: Q

= PZ ⋅V

33

(3.4) A = PZ ⋅ V ⋅ a , где а − коэффициент, учитывающий потери, незначительные по величине. Обычно этими потерями пренебрегают. Следовательно, общее количество тепла, выделяющееся при резании, зависит от деформации срезаемого слоя и трения на контактных площадках передней и задней поверхностей инструмента. Образовавшаяся в процессе резания теплота уносится стружкой, распространяется в деталь, резец и окружающую среду. Уравнение теплового баланса при резании будет иметь следующий вид: Q = Q ДЕФ + Q ТР . П . П . + Q ТР . З . П . = Q C + Q Д + Q ИН + Q О . СР . (3.5) где Q ДЕФ , Q ТР . П . П . , Q ТР . З . П . − соответственно теплота, выделившаяся в результате работы деформации, трения по передней поверхности инструмента, трения по задней поверхности; Q C , Q Д , Q ИН , Q О .СР − соответственно теплота, распространяющаяся в стружку, деталь, инструмент, окружающую среду. Степень концентрации теплоты в различных участках изделия, стружку и инструмент различна. Большое количество тепла концентрируется в определенных зонах, сильно повышает их температуру. Поэтому различные точки рабочих поверхностей инструмента, стружки и детали имеют различную температуру. Образуется температурное поле. Высокая температура изменяет свойства металла и определяет фактическую износостойкость инструментального материала. На температуру резания влияют: 1) геометрия срезаемого слоя: а, b; 2) режимы резания: t, s, V P ; 3) геометрия резца: γ , α , α 1 , ϕ , ϕ 1 , λ , r ; 4) смазочно - охлаждающая технологическая жидкость (СОЖ); 5) физико - механические свойства обрабатываемого материала. 3.2.1. Влияние геометрии срезаемого слоя на температуру резания С увеличением толщины срезаемого слоя увеличивается сила резания PZ , что вызывает увеличение тепловыделения Q тр , теплоотвод остается величиной неизменной, следовательно, температура резания увеличивается. С увеличением ширины срезаемого слоя b прямо пропорционально увеличивается PZ и Q тр , теплоотвод увеличивается также прямо пропорционально, температура резания должна оставаться величиной посто34

янной. Практически температура резания немного увеличивается.

3.2.2. Влияние режимов резания на температуру резания С увеличением глубины резания t сила резания PZ и тепловыделение Q тр увеличивается пропорционально, теплоотвод увеличивается тоже прямо пропорционально, следовательно, температура резания не должна изменятся. Практически она немного увеличивается. С увеличением подачи s увеличивается сила PZ , увеличивается тепловыделение Q тр , теплоотвод не изменяется, следовательно, температура резания увеличивается. С увеличением скорости резания V P увеличивается тепловыделение

Qтр , теплоотвод неизменен, температура резания увеличивается. Влияние V P на температуру гораздо значительнее, чем влияние t и s. 3.2.3. Влияние геометрии резца на температуру резания С увеличением переднего угла ние

γ

сила резания PZ и тепловыделе-

Qтр уменьшается, теплоотвод неизменен, температура резания

уменьшается. Влияние главного заднего угла α аналогично влиянию угла γ , т.е. с увеличением α температура резания уменьшается, но медленнее, чем от γ . С увеличением главного угла в плане ϕ в пределах от 0 до 60° сила резания PZ уменьшается примерно на 18 – 20 %, теплоотвод же уменьшается на 150 − 180 %, следовательно, температура резания увеличивается. С увеличением радиуса закругления при вершине резца r увеличивается сила PZ и Qтр примерно на 8 – 10 %. Теплоотвод увеличивается прямо пропорционально радиусу r. Температура резания уменьшается. Влияние углов α 1 , ϕ 1 , λ на температуру резания незначительно и имеет только принципиальное значение. 35

3.2.4. Влияние смазочно-охлаждающей жидкости на температуру резания С применением СОЖ уменьшается PZ и тепловыделение

Qтр , теп-

лоотвод увеличивается за счет свойств охлаждающей жидкости, что приводит к значительному уменьшению температуры резания. 3.2.5. Влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на температуру резания С увеличением прочности пластичных материалов и твердости хрупких материалов увеличивается сила PZ , что приводит к увеличению тепловыделения

Qтр , теплоотвод остается неизменным, следовательно,

температура резания увеличивается. Из многочисленных факторов, изменяющих температуру резания, наиболее значительное влияние оказывает механические свойства обрабатываемого материала, СОЖ, скорость резания. Уменьшить температуры резания можно за счет уменьшения V P , s, t, ϕ , увеличения γ , r и применения СОЖ. Температурные деформации детали снижают точность обработки. Поэтому важно знать, какие возникают температуры при разных условиях работы. Зависимости для расчёта температуры резания выводятся двумя путями: а) определяются теоретически на основе теории теплопередачи; б) определяются путем непосредственного измерения температуры при изменении условий резания. 3.2.6. Методы измерения температуры резания Для определения температуры в зоне резания применяют косвенные и непосредственные методы измерения. К косвенным методам относятся такие, как калориметрический, метод термокрасок, метод цветов побежалости, метод измерения микротвердости, фотоэлектрический метод и др. К непосредственным методам относятся методы измерения температуры при помощи термопар. 3.2.6.1. Метод искусственной термопары Метод заключается в том, что в резце просверливаются отверстия малого диаметра, не доходящие до какой-либо точки передней или задней поверхности резца примерно на 0,2 ... и 0,5 мм, в которое вставляется изолированная термопара (часто медь-константан). Температура в точке соприкосновения термопары и резца регистрируются включенная в цепь термопары гальванометром. 36

3.2.6.2. Метод полуискусственной термопары Одним из элементов термопары служит сам резец, а другим является константовая проволока, протянутая через сквозное отверстие в резце и изолированная от стенок отверстий. 3.2.6.3. Метод естественной термопары Элементами термопары служат деталь и резец, которые, будучи разнородными металлами, в процессе резания имеют сильно нагретый контакт, являющийся спаем этой термопары. Одна из распространенных схем естественной термопары приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема естественной термопары: 1 − деталь, 2 − резец, 3 − прокладка, 4 − центр, 5 − проволока термопары, 6 − милливольтметр

Заготовка 1 изолируется от станка при помощи диэлектрических прокладок. Резец 2 изолируется от резцедержателя станка при помощи прессшпановых и текстолитовых прокладок 3, который обеспечивает надежное замыкание вращающегося и неподвижного участков цепи. Возникающая в процессе резания термоэдс регистрируется милливольтметром 6. Для устранения дополнительных паразитных термопар, возникающих в местах стыка деталей станка с заготовкой. Резец и заготовку изолируют от станка. При исследованиях, не требующих высокой точности, установка может быть значительно упрощена. Деталь не изолируют от станка, считается, что роль возникающей дополнительной термопары ничтожна, из-за слабого разогревания заднего центра по сравнению с резцом. В связи с этим провод, ранее присоединяемый к детали, можно присоединить к любой точке станка. Недостатком метода естественной термопары является сложность и необходимость тарирования при каждом изменении материала детали или инструмента. Естественная термопара измеряет некоторую среднюю температуру, тогда как на площадке контакта стружки и передней грани инструмента в процессе резания развивается различная 37

температура в различных точках контакта. Отношение этой средней температуры и наивысшей непостоянно.

3.3. Охрана труда и техника безопасности 3.3.1. Студент не имеет права без лаборанта включать станок и проводить лабораторную работу. 3.3.2. Нельзя при работе станка низко накланяться над обрабатываемой деталью во избежание попадание стружки в глаза. 3.3.3. Зона резания должна быть прикрыта защитным кожухом. 3.3.4. Нельзя горячую стружку брать незащищенными руками. 3.3.5. Станок должен быть заземлен. 3.3.6. Одежда студента не должна иметь частей, которые могли бы захватываться вращающимися элементами станка. Студент должен иметь головной убор.

3.4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов 1. Установить и закрепить деталь в станке. 2. Изолировать резец картонными прокладками от станка. 3. Провести под прокладкой провод потенциометра. Зажать резец в резцедержателе станка. 4. Установить на станке заданную подачу и число оборотов детали. 5. Изменяя четыре раза глубину резания, измерить температуру резания, возникшую в процессе обработки. 6. При этом же числе оборотов и постоянной заданной глубине резания, изменяя четыре раза подачу, измерить температуру резания. 7. Установить на станке заданную подачу, оставив неизменной глубину резания, изменяя четыре раза числа оборотов детали, измерить температуру резания. 8. Экспериментальные данные занести в табл. 3.1. Таблица 3.1 Результаты измерения температуры резания t

s

n

38

VP

T°, C

t1 t2 t3 t4

t0

t0

S0

n0

S1 S2 S3 S4

S0

VP0

n0

VP0

n1 n2 n3 n4

VP1 VP2 VP3 VP4

T1 T2 T3 T4

T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

Значения t, s и Vр задаются преподавателем.

9. Зная число оборотов n и диаметр детали, подсчитать скорость резания V P . 10. Построить три графика зависимости Т=f(t); Т=f(s); Т=f( V P ). 11. Сделать выводы о влиянии режимов резания на температуру резания.

3.5. Содержание отчета 1. Отчет по лабораторной работе оформляется согласно ГОСТ 7.32 – 91. 2. Единицы физических величин должны соответствовать ГОСТ 8.417 – 81. 3. Привести схему лабораторной установки. 4. Привести таблицу экспериментальных данных. 5. Построить три графика зависимости температуры резания от глубины, подачи, скорости резания. 6. Сделать вывод о влиянии режимов резания на температуру.

3.6. Контрольные вопросы 1. Какие источники теплоты образуются в процессе резания? 2. Куда отводится тепло от образовавшихся источников? 3. Как влияет температура нагрева на износ резца? 4. Что принимается за критерий теплоподвода? 5. Как меняется температура резания с изменением соотношения те39

пловыделения и теплоотвода? 6.Как влияют режимы резания на температуру резания? 7. Как влияют геометрические параметры срезаемого слоя на температуру резания? 8. Как влияет геометрия резца на температуру резания? 9. Как влияет обрабатываемый материал на температуру? 10. Как влияет охлаждающая жидкость на температуру резания? 11. Какие методы измерения температуры относятся к косвенным методам? 12. Какие методы температуры относятся к непосредственным методам?

40

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РЕЗЦА

4.1. Цель работы Целью работы является исследование влияния обрабатываемого материала и скорости резания на величину износа инструмента и его стойкость. 4.2. Теоретическая часть При обработке металлов резанием контактные поверхности инструмента по мере его эксплуатации изнашиваются по задней и передней поверхностям. При изнашивании резца по его задней поверхности образуется площадка износа шириной h3 (рис. 4.1) на передней грани лунка износа глубиной

δЛ

(рис. 4.2). Мерой изношенности инструмента служит

линейный износ ( h3 ) по задней грани или максимальной глубина лунки δ Л .

Рис. 4.1. Схема износа резца по задней поверхности

Рис. 4.2. Схема износа резца по передней поверхности

Физическая природа изнашивания изучена недостаточно из-за сложности процессов протекающих на контактных поверхностях передней и задней поверхностях инструмента. Существует ряд гипотез объясняющих физическую природу изнашивания по которым основными причинами износа являются: 41

1. Абразивное действие, оказываемое обрабатываемым материалом (абразивное изнашивание). 2. Адгезионное взаимодействие между инструментальным и обрабатываемым материалами (адгезионное изнашивание). 3. Диффузионное растворение инструментального материала в обрабатываемом (диффузионное изнашивание). 4. Химические процессы, происходящие на передней и задней поверхностях (окислительное изнашивание). 4.2.1. Абразивное изнашивание При относительно невысоких скоростях износ происходит в результате трения стружки о переднюю поверхности и поверхности резания о заднюю поверхность инструмента. При этом рабочие поверхности инструмента истираются. Инструменты из быстрорежущей стали в большой степени подвергаются абразивному износу. 4.2.2. Адгезионное изнашивание В основе этого вида изнашивания лежит схватывание материалов − инструментального и обрабатываемого в результате пластического деформирования, при этом поверхности не только сближаются на расстоянии порядка параметра кристаллической решетки, но и превышают определённый энергетический порог, который достигается за счет повышения температуры и совместного пластического деформирования. Способность материалов к адгезионному взаимодействию резко повышается при температурах близких к температуре рекристаллизации. На контактных поверхностях образуются мостики связи, которые непрерывно возникают и разрушаются и инструментальный материал уносится стружкой и обрабатываемой поверхностью. 4.2.3. Диффузионное изнашивание При температурах более 800°С происходит растворение инструментального материала в обрабатываемом. Компоненты твердого сплава диффундируют в обрабатываемый материал с различной скоростью. Быстрее − углерод, затем вольфрам, кобальт, титан. В результате изменяется химический состав и физико-механические свойства поверхностного слоя инструмента, он хрупок и разупрочнён, стружка и обрабатываемая поверхность уносит его, через некоторое время слой возникает снова. 42

Процесс идет непрерывно и заключается в диффузионном растворении и деспергировании разупрочненных контактных поверхностей инструмента. 4.2.4. Окислительное изнашивание Происходит в результате того, что кислород воздуха при температуре 700...800°C вступает в химическую реакцию с кобальтом и карбидами вольфрама и титана, образуя окислы. Твердость продуктов окисления меньше твердости твердого сплава в 40...80 раз. Разрушаются связи между карбидами и цементирующей связкой. Карбидные зерна вырываются силами трения и уносятся. Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента в виде графической зависимости h3 =f(t) называют кривой износа (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Кривая износа при изнашивании инструмента по задней поверхности

Участок ОА кривой с интенсивным нарастанием ширины площадки износа соответствует периоду приработки инструмента. При дальнейшей работе инструмента нарастание износа замедляется т.к. это связано с уменьшением контактных касательных напряжений по мере увеличения ее размеров. Участок АВ кривой соответствует периоду нормального износа. По достижению некоторой величины линейный износ задней поверхности вследствие роста температуры вновь начинает резко расти и кривая износа идет резко вверх. Участок кривой за точкой В соответствует катастрофическому износу (hзкр). Период стойкости инструмента (Т) характеризует время работы инструмента в минутах машинного времени между двумя переточками. Период стойкости зависит от марки обрабатываемого и инструментальных материалов, их механических и тепло-физических свойств, геометрии инструмента, режимов резания, применяемой смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), вида обработки. 43

4.3. Связь между скоростью резания и периодом стойкости инструмента Связь между скоростью резания и периодом стойкости при обработке чугуна инструментами из быстрорежущей стали и одно-карбидных твердых ставов выражается непрерывно убывающей кривой 1 (рис. 4.4), напоминающей гиперболу. Такой же кривой изображается связь между V и Т при обработке инструментами из быстрорежущих сталей, углеродистых и легированных конструкционных сталей. При обработке конструкционных, углеродистых и легированных сталей, жаропрочных сталей и сплавов и некоторых других материалов V и Т изображается более сложной кривой 2 имеющей несколько перегибов. Аппроксимацию кривой 1 и участков ab и вг кривой 2 производят степенной функцией. (4.1) V = C /T m , где m − показатель относительной стойкости; С − постоянная, характеризующая обрабатываемый и инструментальный материалы, геометрические параметры инструмента, применяемую СОЖ, глубину резания и подачу.

Рис. 4.4. Связь между скоростью резания и периодом стойкости в зависимости от рода обрабатываемого и инструментального материалов

Величина показателя относительной стойкости колеблется в широких пределах. Наибольшее влияние на показатель m оказывает род обрабатываемого и инструментального материалов, передний угол инструмента, подача (толщина срезаемого слоя), скорость резания, время перерывов в работе инструмента и степень изношенности его задней поверхности. Например, при резании чугунов показатель m меньше, чем при резании сталей: при резании инструментом, оснащенным двухкарбидным сплавом m больше, чем при одно-карбидным сплаве. По мере увеличения переднего угла инструмента и допускаемой величины износа задней поверхности показатель m уменьшается, а при увеличении толщины срезаемого слоя (подачи) − возрастает. 44

Исключительно сильное влияние, оказываемое скоростью резания на период стойкости, приводит к тому , что постоянная С и показатель m в формуле (4.1) , как правило, справедливы для узкого интервала скоростей резания. При немонотонном изменении периода стойкости (рис. 4.5), кривую T=f(V) аппроксимируют тригонометрическим рядом Фурье. Причины такого характера влияния скорости резания на стойкость полностью не выяснены. Имеется предположение, что это связанно с изменением относительного износа инструмента ( Δ ), который в свою очередь зависит от нароста, температуры в зоне резания и т.д. очевидно, интервал скорости резания вблизи скорости 20 м/мин для рассматриваемого примера, вследствие малого периода стойкости, является невыгодным.

Рис. 4.5. Схема влияния скорости резания V на относительный линейный износ и период стойкости

4.4. Влияние материала детали на стойкость инструмента Влияние обрабатываемого материала детали на стойкость инструмента проявляется через изменение механических, теплофизических свойств диффузионной пары: обрабатываемый материал − инструмент. Изменение этих свойств влияет на стойкость инструмента через температурно-деформационный канал. Увеличение предела прочности, уменьшение теплопроводности обрабатываемого материала приводит к увеличении мощности энерговыделения как в зоне стружкообразования так и в контактной зоне, что значительно поднимает уровень температуры в контактной зоне и снижает стойкость инструмента. В зависимости от обрабатываемого материала меняется и величина допустимого линейного износа h 3 по задней стенке. При обработке стали h 3 = 0,8...1мм; чугуна с подачей

≥ 0,3мм/об h 3 = 1,4...1,7 мм; чугуна с

подачей >0,3 мм/об h 3 =0,8...1 мм. 45

4.5. Охрана труда и инструкция по технике безопасности 1. На рабочем месте станка должно находится только то, что необходимо для работы на станке. 2. Обрабатываемая деталь и резец должны быть надежно закреплены. 3. При любой даже непродолжительной остановке производить полное отключение станка. 4. Запрещается производить измерение заготовки в процессе ее обработки. 5. Пуск станка и работа на нем разрешается только лаборантам, обслуживающим станок или преподавателю ведущему занятие.

4.6. Методика проведения эксперимента и обработки результатов В качестве оборудования для проведения работы используются токарный станок, проходной резец из твердого сплава ВК8, инструментальный микроскоп и заготовки из различных материалов. Последовательность выполнения работы следующая: 1. Материал заготовки, инструмента и режимы резания задаются в виде индивидуального задания преподавателем. 2. Установить деталь в патроне станка и закрепить ее. 3. Установить на станке режимы резания. Диаметр детали необходимо замерить. Установку чисел оборотов производить в присутствии лаборанта. Закрепить в резцедержатель резец. 4. Для проведения стойкостных исследований используем метод однофакторного эксперимента. Все факторы процесса резания поддерживаются постоянными, а последовательно изменяется скорость резания и при каждом ее значении изнашивают инструмент. 5. Произвести обточку деталей до наступления износа h3 =h=0.1...0.2 мм. Для этого через 1-2 минуты прекратить резание, снять резец и замерить износ h 3 на инструментальном микроскопе по схеме, приведенной на рис. 4.6, если h 3 не достиг 0.1 мм. то необходимо продолжить процесс резания до достижении износа h 3 =0.1...0.2 мм. Занести в таблицу первое значение износа инструмента и время работы инструмента. 6. Произвести дальнейшее точение детали до достижении износа h3 = 0.2...0.3 мм. Занести второе значение износа и время в таблицу. 7. Второе значение скорости принять равным V= 100 м/мин, подсчитать число оборотов n и установить их на станке. 46

Рис. 4.6. Схема замера линейного износа на инструментальном микроскопе: 1 − окуляр микроскопа, 2 − резец, 3 − измерительная шкала, 4 − изношенная часть резца

8. Произвести обработку заготовки на этой скорости и снять два показателя износа по задней грани h3 =0,1 мм и h3 = 0,2...0,3 мм и записать их в табл. 4.1. Таблица 4.1 Результаты измерения износа № Марка обраопы- батываемого та материла

Диаметр Скорость заготовки резания в м/мин

Износ по задней грани

Время износа в мин

Величина

Примечание

m1 , C1

9. По данным эксперимента строят кривые износа h 3 = f(T). Устанавливая критерий износа h 3 . КР = 0,8 мм от оси ординат из точки h 3 . КР проводят прямую, параллельную оси абсцисс и для каждой кривой определяют стойкость инструмента соответствующую h3 = 0,8мм −Т1.Т2.ТЗ. Для ускорения проведения стойкостных испытаний воспользуемся тем, что кривые износа h 3 = f(T) при обработке твердосплавным инструментом, начиная с некоторого его значения h, представляют из себя пропорциональную зависимость h 3 от времени резания (рис. 4.7). Поэтому достаточно получить две точки на кривой h 3 = f(T) и т.д. и провести через них прямую линию до пересечения с линией, параллельной оси абсцисс, проведенной из точки h 3 = 0,8 мм и затем определить период стойкости инструмента при V3 и V2 и т.д.

47

Рис. 4.7. Кривые износа резца из твердого сплава при обработке конструкционных сталей

10. Построить график зависимости h 3 = f(V) для заданного диапазона скоростей в двойной логарифмической шкале. В двойной логарифмической шкале участок функциональной зависимости T=f(V) представляет из себя прямую линию. Этот участок монотонной зависимости удобно аппроксимировать степенной функцией: V = C 1 / T m , при m 1 = tg ψ , (4.2) где C 1 − постоянная, характеризующая обрабатываемый и инструментальный материалы, режимы резания. СОЖ. Для определения постоянной C 1 на прямой T = f(V) (рис. 4.8) берем точку Х, определяем для нее скорость и стойкость, вычисляем ее по формуле: C 1 = V Xm T X (4.3) 1

ψ

Рис. 4.8. Связь между стойкостью резца и скоростью резания

4.7. Содержание отчета 1. Наименование, цель и задачи лабораторной работы. 2. Материально-техническое оснащение. 3. Построенные графики зависимости (кривые износа) h 3 = f(T) для двух марок сталей. 4. Построить график зависимости T = f(V) в двойной логарифмической шкале (для двух марок сталей). 5. Рассчитать значение показателя m и постоянной С1. 48

6. Сделать выводы о влиянии скорости резания и марки сталей на величину стойкости инструмента.

4.8. Контрольные вопросы 1. По каким поверхностям резца происходит износ? 2. Что служит мерой изношенности инструмента? 3. Каков критерий износа при обработке стали, чугуна? 4. Что называется стойкостью инструмента? От каких факторов зависит стойкость? 5. Дать характеристику кривой износа. 6. Какая существует связь между скоростью резания и стойкостью инструмента? 7. В диапазоне каких скоростей происходит адгезионный износ? 8. В диапазоне каких скоростей происходит диффузионный износ? 9. Как влияет материал детали на стойкость инструмента?

49

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ

5.1. Цель работы Целью работы является изучение и экспериментальная проверка закономерностей изменения сил резания при точении в зависимости от элементов режима резания. Настоящая работа предусматривает: 1) освоение методики экспериментального определения составляющих силы резания при точении; 2) ознакомление с оборудованием и приборами, применяемыми при измерении составляющих силы резания; 3) приобретение навыков проведения эксперимента; 4) графоаналитическую обработку экспериментальных данных; расчет сил резания по справочникам; 5) оформление отчета; 6) сравнение результатов экспериментального определения сил резания с их значениями, полученными при расчетах; 7) анализ закономерностей изменения сил резания в зависимости от элементов режима резания. 5.2. Теоретическая часть Срезаемый слой давит на резец с силой резания Р, являющейся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, действующих на его передней и задней поверхностях. В практических расчетах расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость инструмент и отдельных деталей и узлов станка силу резания Р раскладывают на составляющие, направления действия которых совпадают с главным движением и движением подачи. При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующая сила Р раскладывается на три взаимноперпендикулярные составляющие силы (рис. 5.1), действующие на резец: − Рz − касательная сила, сила касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения. Р является главной составляющей силы Р, ее часто называют просто силой резания, т.к. она весьма незначительно отличается по величине от равнодействующей силы Р; − Рх − осевая сила или сила подачи, действующая параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи, − Ру − радиальная сила, направленная перпендикулярно оси заготовки. На составляющие Рz, Рх, Ру силы резания влияют и обрабатываемый материал, и элементы режима резания, и геометрические параметры ин50

струмента, его износ, смазочно-охлаждающие жидкости и др.

Рис. 5.1. Сила резания при точении и ее составляющие

Рассмотрим влияние элементов режима резания на составляющие силы резания Зависимость составляющих силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания можно выразить степенными уравнениями: (5.1) P = C t X PZ s Y PZ V Z PZ z

PZ

Py = C PY t X PY s YPY V

Z PY

(5.2)

Px = C PX t X PX s Y PX V

Z PX

(5.3)

где Срz, Срy, Срx − постоянные коэффициенты, зависящие от условий обработки; хр, zр, yр показатели степени, характеризующие интенсивность влияния переменных (t, s, V) на составляющие силы резания. Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объем деформируемого металла, тем, следовательно, больше сопротивление металла стружкообразованию, и процесс резания будет протекать с большими силами Pz, Px, Ру. Однако глубина резания больше влияет на силу резания, чем подача. Различная интенсивность влияния глубины резания и подачи на силы резания вызвана их неодинаковым действием на степень деформации срезаемого слоя. Изменение ширины срезаемого слоя не сказывается на изменении степени его деформации (коэффициент усадки стружки остается постоянным). Увеличение же толщины срезаемого слоя снижает величину коэффициента усадки стружки, т. е. уменьшает степень деформации срезаемого слоя. Главная составляющая силы резания Pz пропорциональна той степени деформации, которую получил срезаемый слой при превращении его в стружку. При увеличении ширины срезаемого слоя, вследствие увеличения пло51

щади сечения среза, сила Pz должна увеличиться во столько же раз, во сколько возросла ширина h, т.к. при этом степень деформации срезаемого слоя не изменяется. Поэтому и показатель степени хр при ширине h срезаемого слоя близок к единице. Увеличение толщины а срезаемого слоя также увеличивает его площадь, но при этом степень деформации слоя уменьшается и рост силы Pz отстает от роста толщины срезаемого слоя. Вследствие этого показатель степени ур при толщине срезаемого слоя а не может быть равным единице, а всегда несколько меньше ее. Поскольку физические и технологические размеры срезаемого слоя связаны друг с другом только через главный угол в плане ( t = b ⋅ sin ϕ , s = a ), то sin ϕ влияние t и s на силу Pz остается таким же, как влияние b и a , т.е. показатели степени в формуле (5.1) при глубине хрс = 1, а при подаче урс = 0,75. Более сильное влияние на силу Pz ширины срезаемого слоя, чем толщины, позволяет сделать вывод: для уменьшения главной составляющей силы резания при заданной площади сечения срезаемого слоя во всех случаях необходимо стремиться работать с возможно меньшим отношением и b/а, увеличивая толщину среза за счет уменьшения ширины. Изменение скорости резания влияет на составляющие силы резания так, как оно влияет на изменение коэффициента усадки стружки. При резании материалов, не склонных к наростообразованию, коэффициент усадки монотонно убывает при увеличении скорости резания. Так же ведут себя и составляющие силы резания, уменьшающиеся при увеличении V вначале быстро, а затем более медленно. При резании материалов, склонных к наростообразованию, кривая Pz = f(V) так же, как и кривая К1 = f(V), немонотонна (рис. 5.2), причем обе кривые совпадают по фазам. Начиная от V1 до V2, при которых высота нароста растет, сила Рz уменьшается, достигая минимума при максимально развитом наросте (за счет благоприятного изменения геометрии резца (рис. 5.3) и уменьшения пластической деформации срезаемого слоя. При скоростях резания от V2 до V3 , при которых высота нароста уменьшается (Нн → 0, следовательно, γн → γ), сила Pz вновь возрастает. При скоростях резания, больших скорости V3, соответствующей исчезновению нароста, сила Pz при увеличении скорости резания в дальнейшем непрерывно уменьшается за счет уменьшения сопротивления срезаемого слоя пластической деформации и уменьшения сил трения. Скорости резания, с которыми работают при точении твердосплавными резцами, выше, чем скорость V3. Поэтому участок кривой силаскорость для V > V3 можно описать частной зависимостью −z Pz = C PI ⋅ V pz , показатель степени в которой по экспериментальным z

52

данным zpz = 0,35...0,1. При высоких скоростях резания процессы стружкообразования и трения на поверхностях инструмента стабилизируются и скорость резания практически перестает влиять на составляющие силы резания, показатель степени zpz → 0.

Рис. 5.2. Схема влияния скорости резания на высоту нароста Н, коэффициент усадки стружки

Рис. 5.3. Изменение геометрии резца за счет наростообразования

5. 3. Методика проведения эксперимента и обработки результатов О б ор у до ва ни е и а п п а р а т ур а Эксперименты по определению сил резания выполняются на токарновинторезном станке 16К20. Вместо резцедержателя на станке установлен динамометр с закрепленным в нем резцом. Существует большое количество различных конструкций динамометров. По принципу действия они разделяются на гидравлические, механические и электрические. Наиболее современными являются электрические динамометры, так как они малоинерционны, чувствительны и компактны. Благодаря этому электрические динамометры обеспечивают высокую точность измерения и ими можно определять как большие, так и малые значения сил резания. Электрические динамометры состоят из трех основных частей: датчиков, воспринимающих нагрузку, органов связи, соединяющих датчики, и приемников. Датчики преобразуют упругие деформации или малые перемещения в электрическую энергию. Применяются датчики различного типа: индуктивные, пьезоэлектрические, проволочные, емкостные и др. Одним из распространенных приборов для измерения сил резания является универсальный динамометр ВНИИ, с помощью которого можно измерять силы резания при точении, фрезеровании, плоском шлифовании, а также осевую силу и крутящий момент при сверлении. Комплект прибора состоит из динамометра-датчика УДМ-600, усилителя ТА-5, приборного щита с микроамперметрами М266 и осциллографа Н-700. Схема соединения этих устройств показана на рис. 5.4. По показаниям микроамперметров, установленных на приборном щите, определяют среднюю величину сил ре53

зания. Мгновенные значения сил резания в диапазоне частот от 0 до 500 Гц можно измерять с погрешностью не свыше 10%, регистрируя показания динамометра на осциллографе.

Рис. 5.4. Схема соединения устройств, входящих в комплект динамометра

Динамометр состоит из корпуса 1 и державки 2, выполненной в виде квадратной плиты с круглым фланцем на верхней части (рис. 5.5а), который предназначен для закрепления сменных приспособлений: резцедержателя при точении, круглого стола при сверлении, тисков при фрезеровании и шлифовании. Державка установлена в корпусе на 16 опорах (рис. 5.5б). Оси первых восьми опор расположены вертикально, а оси остальных восьми опор − горизонтально. Под действием силы Pz деформируются вертикальные опоры, а под действием сил Ру и Рх − горизонтальные. Каждая опора состоит из двух ножек и тонкостенной втулки (рис. 5.5в). Площади сечений втулки и ножек опор равновелики и выбраны так, чтобы материал опор при нагрузке работал в области упругих деформаций. На втулки опор наклеены проволочные датчики сопротивления с номинальным сопротивлением 100 Ом. В работе опоры динамометра упруго деформируются, в результате чего в датчике возникает электрический ток малой величины, который поступает на вход электронного усилителя, усиливается и передается на параллельно соединенные микроамперметр и вибратор осциллографа, с помощью которых регистрируются показания динамометра. 54

Рис. 5.5. Универсальный динамометр

Для проверки стабильности чувствительности динамометр периодически (перед каждой серией опытов) подвергается тарированию. Тарирование следует производить на тарировочном стенде в следующей последовательности: 1) установить динамометр на тарировочный стенд; 2) подготовить динамометр к работе согласно инструкции; 3) нагрузить динамометр эталонной нагрузкой отдельно по каждой измеряемой составляющей силы резания (рис. 5.6а) и зафиксировать показания динамометра по этой же составляющей; В пределах диапазона измерения динамометра дают 3 ... 4 различных значения эталонной нагрузки. По данным тарирования строят тарировочные графики (рис. 5.6б).

а) б) Рис. 5.6. Схема тарировки динамометра УДМ600: а - схема нагружения; б - тарировочный график; 1 − нагрузка; 2 − разгрузка

Тарировочные графики динамометра строят в следующих координатах: по горизонтали откладывают показания динамометра в единицах отсчетного прибора А мкА, а по горизонтали − величину Р/т, т.е. величину действующей силы Р, поделенную на значение коэффициента усиления m по измеряемой составляющей силы резания. Под коэффициентом усиления m понимается цифра, соответствующая положению переключателя 55

усилителя. Наклон прямой тарировочного графика характеризуется величиной коэффициента К. (5.4) А К = m , P где А − показания микроамперметра; Р − сила резания или эталонная сила; т − величина коэффициента усиления, установленная перед опытом. Значения сил резания определяются по формуле Аm (5.5) ,H , P = K

где А − показания микроамперметра, т − величину коэффициента усиления, К − коэффициент тарировочного графика.

5.4. Охрана труда и техника безопасности Источниками повышенной опасности при работе на токарно-винторезных станках в первую очередь являются вращающиеся части и стружки. Не следует пренебрегать предохранительными устройствами, предусмотренными конструкцией станка, будь это щиток, экран, кожух или ограничения. Заготовку следует надежно закреплять в патроне или центрах станка. Вся работа на токарном станке и приборах производится учебным мастером или преподавателем, проводящим занятие. Студентам отводится роль фиксирования результатов опытов. 5 . 5 . Порядок выполнения экспериментальной части работы 1. Изучить схему и конструкцию динамометра УДМ600 и ознакомиться с процессом измерения сил при точении. 2. Изучить инструкцию по технике безопасности при работе на токарных станках. 3. Составить план эксперимента, занести его в табл. 5.1. 4. Собрать схему (см. рис. 5.4) измерения сил резания на станке 16К20. Провести испытание схемы пробным резанием. 5. Произвести резание заготовки с различными значениями глубины резания при постоянных значениях скорости резания и подачи. Измерить составляющие сил резания Р, в мкА, соответствующие заданным значениям глубины резания. 6. При постоянных скорости и глубине резания измерить составляющие Р-сил резания, соответствующие различным значениям подачи. 7. При постоянных значениях глубины резания и подачи измерить составляющие Pz Ру Рх сил резания, соответствующие различным значениям скорости резания. Режимы резания для каждой серии опытов задаются преподавателем. 8. Результаты измерений составляющих Pz, Ру, Рх сил резания для всех трех серий опытов занести в табл. 5.1. 56

9. По тарировочному графику (рис 5.6б) или по формуле (5.5) эти результаты в мкА перевести в значения сил резания в Н. Таблица 5.1. Результаты измерения силы резания № опыта t, мм 1 2 3

t1 t2 t3

4 5 6

t=const

7 8 9

t=const

Режимы резания s, мм/об V, м/мин Зависимость Pz=f(t) s=const

Показания прибора, мкА

Сила резания Pz, Н

V=const

Зависимость Pz=f(s) s1 s2 V=const s3 Зависимость Pz=f(V) V1 s=const V2 V3

10. По полученным значениям сил резания построить графики зависимости Pz = f(t), Pz = f(s) и Pz = f(V). 11. Провести анализ влияния режимов резания на составляющие сил резания.

5.6. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Схемы расположения сил резания. 3. Таблица с результатами измерения сил резания. 4. Графики зависимости сил резания от режимов резания. 5. Привести анализ влияния элементов режима резания на силы резания. 5.7. Контрольные вопросы 1. Перечислить составляющие силы резания. 2. Назовите факторы, влияющие на силы резания. 3. Поясните характер влияния t, s, V на составляющие сил резания. 4. Устройство и принцип действия динамометра УДМ600. 5. Поясните графики Рz,y,x=f(t, s, V).

57

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ

6.1. Цель работы Целью работы является: 1. Изучение конструктивных и геометрических элементов спирального сверла. 2. Изучение конструкции и принципа работы измерительных инструментов, применяемых при контроле сверл. 3. Приобретение практических навыков при измерении конструктивных и геометрических элементов сверла. 4. Исследование изменения переднего и заднего углов сверла вдоль главной режущей кромки. 6.2. Конструктивные и геометрические элементы сверла Сверление − основной метод получения отверстий в сплошном материале. Сверлением получают отверстия 11...12 квалитета с шероховатостью обработанных поверхностей Rz 20...80. Кинематическая схема сверления − процесс резания осуществляется за счет двух совместных движений: вращения сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение резания Dr) и поступательного движения сверла вдоль оси (движение подачи Ds). На сверлильных станках сверло совершает оба движения, на токарных и револьверных станках и автоматах вращается обрабатываемая заготовка, сверлу придается только поступательное движение подачи. Спиральное сверло (рис. 6.1) состоит из рабочей части, включающей режущую и калибрующую части, шейки и хвостовика. Конические хвостовики сверл имеют лапку, цилиндрические выполняются с поводком или без него. На рис. 6.2 показаны поверхности лезвий сверла и его режущие кромки: 1 − передняя поверхность Ау лезвия − часть поверхности винтовой стружечной канавки. 2 − главная задняя поверхность Ау лезвия может быть конической поверхностью, винтовой или плоскостью. 3 − вспомогательная задняя поверхность А\, лезвия (ленточка) часть конической поверхности с очень малой конусностью, ось которой совпадает с осью сверла. 4 − главная режущая кромка К, образуемая пересечением передней Ау и главной задней Аа поверхностей. 58

5 − вспомогательная режущая кромка К, образуемая пересечением передней Ау и вспомогательной задней А'а поверхностей.

Рис. 6.1. Конструктивные элементы сверла

Рис. 6.2. Поверхности лезвий сверла и его режущие кромки

6 − поперечная кромка (перемычка) образуется при пересечении двух главных задних поверхностей сверла. 7 − вершина лезвия – точка пересечения главной К и вспомогательной К режущих кромок.

59

8 − спинка сверла, заниженная относительно ленточки поверхность, предназначенная для уменьшения трения между сверлом и обработанной поверхностью отверстия. Геометрические параметры сверла изображены на рис. 6.3. Передний угол сверла γ измеряется в плоскости N-N проходящий через точку режущей кромки, нормально к ней. Задний угол измеряется в плоскости ОО, проходящей через эту же точку, касательно к образующему цилиндру, на котором лежит рассматриваемая точка (параллельно оси сверла).

Рис. 6.3. Статические углы сверла

Передний угол γ − угол между касательной к передней поверхности и нормалью в этой же точке к поверхности, которую описывает режущая кромка при вращении ее вокруг оси сверла (усеченный конус). Значение переднего угла является величиной переменной вдоль режущей кромки и зависит от диаметра, на котором лежит рассматриваемая точка. Максимальное значение γ на периферии сверла (в плоскости N1-N1) и минимальное в районе перемычки. Задний угол − угол между касательной к окружности, которую описывает точка режущей кромки при вращении ее вокруг оси сверла и касательной в той же точке к задней поверхности сверла. Значение заднего угла является так же величиной переменной, максимальное значение в районе перемычки, а минимальное значение на периферии сверла (в плоскости О1-О1). Двойной угол в плане 2ϕ измеряется между проекцией двух режу60

щих кромок (рис 6.3), образуется заточкой сверла. Величина угла 2ϕ зависит от твердости и прочности материала. Значения угла 2ϕ лежат в пределах от 70° до 140°. Угол ϕ1 образуется за счет обратной конусности направляющей части сверла и предназначен для исключения возможности зацепления сверла в отверстии. Значения угла ϕ1 не превышают 0,5° – 1,5°. Угол ω − угол наклона винтовой канавки. Измеряется между касательной к винтовой канавке и осью сверла (рис. 6.1). Значение угла ω является величиной переменной, уменьшается от периферии к центру сверла, зависит от свойств обрабатываемого материала и находится в пределах 15°− 45°. Угол наклона перемычки ψ находится между проекцией режущей кромки и перемычки на плоскость, перпендикулярную к оси сверла. Так же, как и при точении, при сверлении имеют место кинематические (рабочие) углы.

6.3. Методические указания по выполнению работы 6.3.1. Измерение конструктивных и геометрических элементов сверла Конструктивные элементы сверла измеряются универсальными инструментами − штангенциркулем, микрометром, универсальным угломером и другими средствами, имеющимися в распоряжении лаборатории резания. Приемы измерений представлены на рис. 6.4 − 6.8.

Рис. 6.4. Измерение диаметра сверла штангенциркулем

На рис. 6.4 показано измерение диаметра сверла обычным штангенциркулем, а на рис. 6.5 − измерение диаметра сердцевины сверла микрометром с острыми наконечниками. Длину поперечной кромки lп и ширину лен61

точки f измеряют штангенциркулем у вершины сверла. На рис. 6.6 показано измерение универсальным угломером угла при вершине сверла 2ϕ, на рис. 6.7 − угла наклона поперечной кромки ψ. Вспомогательный угол в плане ϕ1 определяется по формуле: ϕ 1 = arctg ((D − D 1 ) / 2 l 2 ) ,

где (D − D1)/2 − полуразность диаметров сверла, измеренных на расстоянии l2. Для упрощения подсчетов можно значение l2 принимать равным 100 мм.

Рис. 6.5. Измерение толщины сердцевины сверла

Угол наклона винтовой стружечной канавки ω определяют либо непосредственным измерением настольным угломером, при этом главную режущую кромку необходимо располагать в горизонтальной плоскости, либо определяют по отпечатку, получаемому путем прокатывания сверла по бумаге и измеряемому универсальным угломером (рис. 6.8). Величину угла ω можно определить и по формуле tgω = πD/H, предварительно замерив по отпечатку или непосредственно на сверле шаг винтовой канавки Н. 6.3.2. Измерение заднего угла сверла Измерение заднего угла сверла производится с помощью универсальной делительной головки (УДГ) и стойки с индикатором. Сверло устанавливается в УДГ, а с помощью индикатора определяется падение задней поверхности в главной секущей плоскости N-N, для чего измерительную ножку индикатора устанавливают с натягом вблизи режущей кромки в точке М на диаметре Дх (рис. 6.9). Ось ножки располагают перпендикулярно к задней поверхности сверла. В положении I шкалу индикатора ставят на 0. В установленном положении записывается показание лимба. Затем сверло 62

поворачивается вокруг своей оси на угол θ = 10° в положение II, и фиксируют величину К. После поворота сверла на угол ножка индикатора займет положение M2.

Рис. 6.6. Измерение угла при вершине универсальным угломером

Рис. 6.7. Измерение угла наклона поперечной кромки универсальным угломером

Величина заднего угла определяется по формуле: tg α N = K ⋅ 360 / π D xθ где К − показания индикатора, мм; θ − угол поворота сверла, град.; Dx − диаметр сверла, на котором измеряется задний угол α.. Аналогично можно измерить задний угол as в рабочей плоскости Ps , для этого ось ножки индикатора располагают параллельно оси сверла (рис. 6.10). Пересчет углов из одной плоскости в другую осуществляется по 63

формуле: tg α

N

= tg α ⋅ sin ϕ .

Рис. 6.8. Измерение угла наклона винтовой канавки ω

Рис. 6.9. Схема контроля заднего угла сверла

Рис. 6.10. Схема измерения заднего угла сверла в рабочей плоскости

6.3.3. Определение передних углов сверла Передний угол сверла в главной секущей плоскости N-N произвольно 64

взятой точке X режущей кромки наглядно представлен на рис. 6.11. На рис. 6.12 представлены развертки винтовых линий, лежащих на цилиндрах диаметром D, D1, D2.

Рис. 6.11. Схема измерения переднего угла ух

Рис. 6.12. Измерение угла наклона винтовой канавки по отпечатку

Из рис. 6.12 видно, что передние углы в рабочей плоскости для рассматриваемых точек будут: tg γ O = tg ω = π D / H , tg γ O 1 = tg ω 1 = π D 1 / H , tg γ O 2 = tg ω 2 = π D 2 / H . Для произвольной точки режущей кромки, лежащей на диаметре Dx, будем иметь tg γ OX = tg ω x = π D x / H , где Н − шаг винтовой канавки сверла, мм. Так как в любой точке Х режущей кромки шаг винтовой линии сверла Н остатся постоянным, то можно написать tg γ OX = tg ω x = tg ω (D x / D ) . 65

В главной секущей плоскости Рτ передний угол определяется пересчетом по формуле: tg γ X = tg γ OX / sin ϕ = tg ω X / sin ϕ . Окончательная формула пересчета имеет вид: tg γ X = (D X tg ω ) / (D sin ϕ ) .

6.4. Охрана труда и техника безопасности При проведении работы в лаборатории должны выполняться требования действующей инструкции по технике безопасности при работе с металлорежущим оборудованием и оснащением. Более конкретно, в данной работе следует особое внимание обращать на опасность травматизма при обращении с остро заточенными лезвиями металлорежущих инструментов. Необходимо предотвращать падение инструментов и случайное резкое воздействие их лезвий на кожный покров человека. Обязательно проверить надежность крепления универсальной делительной головки на столе фрезерного станка с целью предотвращения ее падения на пол и ноги работающего. 6.5. Задание для самостоятельного выполнения работы 1. Ознакомиться с содержанием и методикой проведения работы. 2. Изучить конструкцию сверла, принцип действия измерительных приборов. 3. Измерить конструктивные параметры сверла и углы 2ϕ, ϕ1, ψ, ω. Результаты измерений занести в табл. 6.1. Таблица 6.1 Результаты измерений конструктивных и геометрических элементов сверл

у хвостовика dс, мм

рабочей l, мм

Режущей l1, мм

Калибрующей l2, мм

2

3

4

5

6

7

8

Длина перемычки lп

у вершины dс, мм

1

Геометрические параметры Ширина ленточки f

у хвостовика D1, мм

Длина частей сверла

у вершины D, мм

Диаметр сердцевины

№ сверла

Диаметр сверла

9

10

2ϕ

ϕ1

ψ

ω

11

12

13

14

4. Измерить величину заднего угла для 3−4 точек режущей кромки, результаты занести в табл. 6.2. 66

5. Выполнить расчет передних углов для тех же диаметров Dx, результаты вычислений занести в табл. 6.3. 6. Построить графики изменения переднего γ и заднего α углов вдоль главной режущей кромки, т.е. графики зависимостей γ = f(Dx), α s= f(Dx). Таблица 6.2 Результаты измерений заднего угла сверла Диаметр, на Показания ин№ Диаметр котором изме- Угол поворота дикатора К, пп сверла D, мм ряется задний сверла θ, град мм угол Dx, мм 1

2

3

4

5

tga, град

а, град

аN, град

6

7

8

Таблица 6.3 Результаты расчетов переднего угла сверла Диаметр Диаметр, на котором № сверла D, рассчитывается пепп мм редний угол Dx, мм 1

2

3

Шаг винтовой канавки H, мм

Главный угол в плане ϕ

Угол наклона винтовой канавки ω

tgγ

γ

4

5

6

7

8

7. Зарисовать эскиз сверла с простановкой всех линейных и угловых размеров.

6.6. Содержание отчета 1. Название работы. 2. Цель работы. 3. Задание на измерение и расчет основных конструктивных и геометрических параметров. 4. Заполнение табл. 6.1 − 6.3. 5. Эскиз сверла с указанием его основных конструктивных и геометрических элементов и их значений. 6. Схемы измерения параметров сверла (по заданию преподавателя). 6.7. Контрольные вопросы 1. Что называется кинематической схемой резания, приведите ее для процесса сверления. 2. Назовите основные части и поверхности сверла. 3. Дайте определение углов резания сверла. 4. Как изменяются значения передних и задних углов сверла по длине режущей кромки. 5. Поясните схемы измерения углов сверла. 67

68

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, ОБМЕР И ЭСКИЗИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ФРЕЗ

7.1. Цель работы Целью работы является приобретение практических навыков в определении конструктивных элементов фрез различного типа и назначения, геометрических параметров их режущих зубьев, а также эскизирования фрез. 7.2. Теоретическая часть Фрезерование − процесс механической обработки, при котором режущий инструмент − фреза − совершает вращательное движение (со скоростью резания V), а обрабатываемая заготовка − поступательное (со скоростью подачи S). При фрезеровании образуется прерывистая стружка переменного сечения, при этом режущие зубья могут располагаться на цилиндрической или на торцовой поверхности фрезы. По технологическому признаку различают фрезы длдя обработки плоскостей, пазов, шлицев, фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых и резьбовых поверхностей, разрения материала и др. По конструктивных признакам фрезы подразделяют следующим образом (см. рис. 7.1): 1. По расположению зубьев на исходном цилиндре (торцевые, цилиндрические, дисковые, двухсторонние, угловые, фасонные, концевые и др.). 2. По конструкции зуба (с острозаточенными и затылованными зубьями). 3. По направлению зуба (с прямыми, наклонными, винтовыми, разнонаправленными зубьями). 4. По конструкции фрезы (цельные, составные, со вставными зубьями, сборные). 5. По способу крепления (насадные, концевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком). 6. По виду инструментального материала режущей части (из быстрорежущей стали, твердых символов, металлокерамики, сверхтвердых материалов). Цилиндрические и торцовые фрезы предназначены для обработки плоскостей. Дисковые фрезы (пазовые, двухсторонние,

69

трехсторонние) применяют для фрезерования пазов, уступов и боковых плоскостей.

Рис. 7.1. Основные типы фрез: а − цилиндрическая; б − дисковая; в − трехсторонняя со вставными ножами; г − Т-образная; д − концевая; е − торцевая с хвостовиком; ж − торцевая насадная; з − торцевая ступенчатая; и − концевая обдирочная; к − шпоночная; л − угловая

Прорезные и обрезные фрезы используют для прорезания узких пазов и разрезания материалов. 70

Конусные фрезы применяют для обработки пазов, уступов и плоскостей шириной В ≤ 0 , 8 ⋅ D , где D − диаметр концевой фрезы. Угловые фрезы применяют в основном для фрезерования стружечных канавок режущих инструментов и скосов. Фасонные фрезы предназначены для фрезерования фасонных поверхностей. На рис. 7.2 показаны различные схемы обработки фрезерованием на универсальных фрезерных станках. Вертикальные поверхности на горизонтально-фрезерных станках (рис. 7.2а) обрабатывают торцовыми насадками, фрезами или фрезерными головками, а на вертикально-фрезерных (рис. 7.2б) – концевыми фрезами. Горизонтальные поверхности обрабатывают цилиндрическими фрезами на горизонтально-фрезерных станках (рис. 7.2в) и торцовыми насадками фрезами на вертикально-фрезерных станках (рис. 7.2г). Узкие наклонные поверхности на горизонтально-фрезерных станках получают угловой фрезой (рис. 7.2д). Широкие наклонные поверхности удобнее обрабатывать на вертикально-фрезерных с поворотной шпиндельной головкой (рис. 7.2е) торцовой насадкой или концевой фрезой. Уступы и прямоугольные пазы на горизонтально-фрезерных станках обрабатывают соответственно дисковыми двухсторонними (рис. 7.2ж) и трехсторонними (рис. 7.2з), а на вертикально-фрезерных станках − концевыми (рис. 7.2и, к) фрезами. Фасонные поверхности обрабатываю фасонными фрезами (рис. 7.2л). Пазы типа ласточкин хвост и Т-образные обрабатывают на вертикальнофрезерных станках. Сначала фрезеруют прямоугольный паз концевой фрезой, а затем концевой угловой (рис. 7.2м) или Т-образной фрезой (рис. 7.2н). На горизонтально-фрезерных станках шпоночные пазы обрабатываю дисковыми фрезами (рис. 7.2о), а на вертикально-фрезерных − концевыми или шпоночными фрезами (рис. 7.2п). Одновременную обработку нескольких поверхностей выполняют набором фрез (рис. 7.2р). На продольно-фрезерных станках торцовыми и насадными фрезами обрабатывают вертикальные, горизонтальные, наклонные поверхности, уступы и пазы. В зависимости от вида обрабатываемой поверхности и используемого оборудования при фрезеровании применяют различные типы фрез.

71

а)

н)

б) Рис. 7.2. Схемы фрезерования поверхностей

в)

г)

д)

е)

ж)

з)

и)

к)

л)

м)

о)

п)

72

р)

Продолжение рис. 7.2. Схемы фрезерования поверхностей

У цилиндрических и дисковых односторонних фрез режущие кромки расположены по наружной поверхности. У дисковых двусторонних торцовых, насадных, концевых и шпоночных фрез режущие зубья расположены на наружной цилиндрической поверхности и на одном из торцов. У дисковых трехсторонних фрез режущие зубья расположены по двум торцам и наружной цилиндрической поверхности. Цилиндрической фрезой можно обрабатывать только одну плоскость, двухсторонней дисковой можно одновременно обрабатывать две, а дисковой трехсторонней − три взаимно перпендикулярные плоскости. Фрезы каждого типа могут иметь различные конструктивные исполнения. Например, режущие зубья фрез изготовляют прямыми (рис. 7.2з) или винтовыми (рис. 7.2а...г). Винтовые зубья обеспечивают плавную безударную работу фрезы. Фрезы бывают цельными или сборными. Цельные фрезы изготавливают из инструментальных сталей. У сборных фрез рабочей частью являются пластины из быстрорежущих сталей или твердых сплавов. Закрепляют пластины на корпусе фрезы, изготовленном из конструкционной стали пайкой или механически.

7.3. Конструктивные особенности различных типов фрез 7.3.1. Цилиндрические фрезы обычно имеют угол наклона стружечных канавок от 30° до 40° (при тяжелых работах до 45°) и различное число зубьев. Такие фрезы делают с мелкими и крупными зубьями диаметром от 40 до 100 мм (рис. 7.2в). 7.3.2. Торцовые насадные фрезы имеют зубья как на цилиндрической так и на торцовой поверхности (рис. 7.2а, г, е). Торцовые фрезы для скоростного резания оснащены напаянными твердодосплавными пластинками. Они отличаются большой жесткостью крепления пластинок и используются, когда фрезы по своей конструкции не могут быть сделаны сборными. Эти фрезы изготавливаются с небольшими диаметрами. 7.3.3. Дисковые фрезы различают: пазовые, двухсторонние, трехсторонние и регулируемые. Пазовые дисковые фрезы имеют зубья только на цилиндрической поверхности. Для уменьшения трения по торцам на фрезах предусматривается вспомогательный угол в плане φ. Важным элементом дисковой пазовой фрезы является ширина в, так как фреза предназначена для обработки пазов. Двухсторонние дисковые фрезы, кроме зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности, имеют зубья на торце (рис. 7.2з). 7.3.4. Фрезы-пилы являются разновидностью пил и предназначены 73

для работы на фрезерных станках. Такие фрезы служат для обработки прорезей на деталях и реже для разрезки материала. Круглые пилы для холодной распиловки металлов изготавливают цельными и со вставными зубьями. 7.3.5. Угловые фрезы находят применение преимущественно для фрезерования канавок, особенно при изготовлении различных инструментов. Они бывают одноугловые и двухугловые. Одноугловые фрезы применяют преимущественно для фрезерования прямых канавок на фрезах и других инструментах. Другой тип одноугловых фрез применяют для фрезерования канавок между зубьями у дисковых фасонных фрез. Двухугловые несимметричные фрезы применяют для фрезерования прямых и винтовых канавок, а двухугловые симметричные фрезы для фрезерования канавок у фасонных фрез с прямыми и винтовыми канавками. 7.3.6. Концевые фрезы (рис. 7.1а, б, и, к, п) представляют собой группу фрез, отличающихся креплением в шпинделе фрезерного станка. Крепление фрез в шпинделе станка производят при помощи цилиндрического или конического хвостовика. Зубья на цилиндрической части конструируют аналогично зубьям цилиндрических фрез, а на торцовой части − аналогично зубьям не торцовой части торцовых фрез. Концевые фрезы подразделяются на следующие виды: 1) концевые обыкновенные с неравномерным окружным шагом зубьев с цилиндрическим и коническим хвостовиками; 2) концевые, оснащенные коронками и винтовыми пластинками из твердого сплава; 3) концевые шпоночные с цилиндрическим и коническим хвостовиками; 4) шпоночные, оснащенные твердым сплавом; 5) концевые для Т-образных пазов; 6) концевые для сегментных шпонок. 7.3.7. Сборные фрезы со вставными зубьями получили широкое применение. Они требуют для изготовления меньшего количества инструментальной стали и позволяют с большей производительностью использовать современные твердые сплавы. В сборных фрезах сломавшиеся и износившиеся зубья легко заменяют новыми. Изготовление таких фрез обходится дороже цельных, но в эксплуатации они более рентабельны. Вставные зубья и ножи находят применение преимущественно в цилиндрических, дисковых и в торцовых фрезах. 7.3.8. Фрезы для обработки фасонных поверхностей применяются для обработки определенных фасонных контуров на деталях. Фрезы для обработки фасонных поверхностей можно разделить на шесть типов: 1) полукруглые; 2) для сложных очертаний; 74

3) для канавок спиральных сверл; 4) для насадных зенкеров; 5) для канавок разверток; 6) для канавок метчиков. Полукруглые фрезы бывают выпуклые и вогнутые. Эти фрезы применяют для фрезерования полукруглых канавок и выступов с радиусами от 1,5 до 16 мм. В зависимости от заданного профиля режущая часть фасонных фрез может иметь более сложные очертания. Фрезы для канавок спиральных сверл имеют специальные очертания режущих частей, обеспечивающие получение нужного профиля канавки сверла. Они могут быть острозаточенными или затылованными (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Формы зубьев у фрез

7.4. Геометрические параметры фрез Задний угол α измеряется в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы, т.е. в торцовой плоскости (см. рис. 7.4а). Обычно, α колеблется в пределах 12 − 30° в зависимости от типа фрезы. αn − нормальный задний угол, измеряется в плоскости перпендикулярной к режущей кромке. От правильно выбранного заднего угла зависит величина трения задней поверхности зуба фрезы об обрабатываемую поверхность и, следовательно, чистота обработанной поверхности. γ − измеряется в плоскости перпендикулярной к режущей кромке. γ1 − поперечный передний угол, измеряется в плоскости перпендикулярной к оси фрезы, т.е. в плоскости торца фрезы (см. рис. 7.4б). γ − может иметь как положительное, так и отрицательное значение. У цилиндрических фрез γ = (-10°...+20°) в зависимости от твердости 75

обрабатываемого материала. При обработке прочных материалов, чугунов применяются фрезы, оснащенные твердым сплавом и передние углы колеблются от -15° до +15°. ω − угол наклона винтовой режущей кромки, служит для увеличения плавности Работы фрезы и для создания направления сходящей стружки. Обычно ω = (100 ... 150) в зависимости от типа фрезы. Геометрия торцевой фрезы мало чем отличается от геометрии цилиндрических фрез.

Рис. 7.4. Некоторые геометрические параметры режущей части цилиндрических фрез

7.5. Конструктивные элементы фрез Основными конструктивными элементами фрез являются диаметр фрезы, число зубьев и их шаг, форма зуба, его высота. Радиус закругления у основания зуба и геометрические параметры режущих элементов фрез. 7.5.1. Диаметр фрезы является важным конструктивным элементом. Он влияет на образующуюся при резании стружку. Чем больше диаметр осевых фрез, тем больше длина дуги резания и меньше средняя толщина 76

срезаемого слоя. Наоборот, в торцовых фрезах при увеличении диаметра длина дуги резания уменьшается, а средняя толщина срезаемого слоя увеличивается. Чем больше диаметр фрезы, тем больше её стойкость и виброустойчивость. 7.5.2. Число зубьев и их шаг у различных фрез зависит от характера работы, режима резания и свободного размещения стружки в пространстве между зубьями. При выборе формы зуба необходимо учитывать, что зуб должен иметь надлежащую прочность, и впадина перед ним должна обеспечивать свободное размещение срезаемой стружки. Высота зуба оказывает влияние на долговечность работы фрезы. Чем выше зуб, тем долговечнее фреза, так как увеличивается число переточек, но в то же время изменяется прочность зубьев в связи с ростом изгибающегося момента, действующего на зуб. Сопоставление этих условий и обеспечивает соответствующий выбор высоты зуба.

7.6. Охрана труда и техника безопасности При проведении работы в лаборатории должны выполняться требования действующей инструкции по технике безопасности при работе с металлорежущим оборудованием и оснащением. Особое внимание следует обращать на опасность травматизма при обращении с острозаточенными лезвиями фрез. Необходимо предотвращать падение металлорежущего и мерительного инструментов. 7.7. Методика проведения работы по измерению и эскизированию фрез Предметом исследования являются фрезы различных типов. Необходимые приборы: универсальный угломер, угломер для измерения углов фрез, штангенциркуль, линейка. Измерению подвергаются основные конструктивные параметры фрез, передние и задние углы зубьев фрез, а также углы наклона винтовой канавки. Необходимо определить тип и наименование фрезы, материал режущей части, число зубьев фрезы. При помощи штангенциркуля и линейки произвести обмер конструктивных элементов фрезы. Передние и задние углы зубьев фрезы измеряются угломером конструкции Бабчиницера М.Н., а угол наклона винтовой канавки − универсальным угломером. На рис. 7.5а приведена схема измерения заднего угла, а на рис. 7.5б − переднего угла с помощью угломера Бабчиницера, при этом на нижней шкале прибора устанавливается число зубьев измеряемой фрезы, а по верхней шкале считываются значения углов, причем соответствующие линейки совмещаются с передней или задней поверхностями зубьев. Передний и задний угол измеряются в торцовой плоскости. При оп77

ределении значения переднего угла в нормальном сечении у косозубой фрезы к направлению зубьев используют следующую зависимость tg γ

n

= tg α T ⋅ cos ω

,

где γn − значение переднего угла в торцовой плоскости, γт − значение переднего угла в нормальном сечении, ω −угол наклона спирали зуба. На рис. 7.6-7.7 приведены схемы измерения угла наклона спирали зуба и угла профиля угловых фрез с помощью универсальных угломеров.

а)

б)

78

Рис. 7.5. Схемы измерения углов: а − измерение заднего угла, б − измерение переднего угла

Рис. 7.6. Измерение угла спирали ω универсальным угломером

Рис. 7.7. Измерение угла профиля угловых фрез универсальным угломером

7.8. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Привести эскиз фрезы, эскиз измерений углов фрезы. 3. Свести в таблицу значения основных конструктивных и геометрических элементов фрезы. 4. Оформить отчет. 7.9. Контрольные вопросы

79

1. Типы фрез: по виду установки относительно детали, по виду обработки, по сечению режущего инструмента, по направлению подачи по оснащению режущих элементов. 2. Конструктивные элементы фрез. 3. Виды работ, выполняемые на фрезерных станках. 4. Цилиндрические фрезы, разновидность и область применена 5. Торцовые насадные фрезы. 6. Дисковые фрезы, их разновидность . 7. Угловые фрезы, их разновидность и область применения. 8. Концевые фрезы, их разновидность и область применения. 9. Фасонные фрезы. Разновидность и область применения. 10. Концевые фрезы, их разновидность и область применения. 11. Фасонные фрезы. Разновидность и область применения

80

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Соломенцев Ю. М. и др. Технологические процессы машиностроительного производства. Т2 / Соломенцев Ю. М., Схиртладзе А. Г., Коробкова И. А. – М.: Учебная литература, 2001. – 345 с. 2. Сахаров Г. Н. и др. Металлорежущие инструменты / Сахаров Г. Н., Арбузов О. Б., Боровой Ю. Л. – М: Машиностроение, 1989. – 325 с. 3. Аршинов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. Изд 3е. – М.: Машиностроение, 1975. – 440 с. 4. Тренбач Е. Н., Схиртладзе А. Г. Резание материалов: Учеб. пособие. – ЙошкарОла: МарГУ, 2003. – 116 с. 5. Лабораторный практикум по физическим основам теории резания: Учеб. пособие / Полянчиков Ю. Н., Схиртладзе А. Г., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Быков Ю. М., Курченко А. И., Крайнев Д. В. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2005. – 141 с. 6. Смольников Н. Я., Ольштынский Н. В. Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты»: Учеб. пособие / ВолгГТУ. – Волгоград, 2001. – 67 с. 7. Ординарцев И. А. и др. Справочник инструментальщика. / Ординарцев И. А., Филимонов Г. В., Шевченко А. Н. / Под общ. ред. Ординарцева И. А. − Л.: Машиностроение, 1987. − 345 с. 8. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 томах. Т.1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 656 с.

81

СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………... 1. Лабораторная работа № 1. Кинематика резания при точении……………………………………………………………….... 1.1. Цель работы……………………………………………………... 1.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 1.3. Классификация резцов……………………………………………... 1.4. Поверхности и координатные плоскости резца …………….………… 1.5 . Геометрические параметры режущей части резца…………………… 1.6. Кинематические (рабочие) углы резца………………………………... 1.7. Методические указания по выполнению работы……………... 1.8. Охрана труда и техника безопасности…………………………... 1.9. Задание для самостоятельного выполнения работы…………… 1.10. Содержание отчета……………………………………………… 1.11. Контрольные вопросы…………………………………………... 2. Лабораторная работа № 2. Исследование влияния элементов режима резания на усадку стружки………………………… 2.1. Цель работы……………………………………………………... 2.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 2.3. Охрана труда и техника безопасности………………………… 2.4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов… 2.5. Содержание отчета……………………………………………… 2.6. Контрольные вопросы………………………………………….. 3. Лабораторная работа № 3. Исследование методом естественной термопары влияния элементов режима резания на среднюю температуру контактных поверхностей инструмента при механической обработке………………………………….. 3.1. Цель работы……………………………………………………... 3.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 3.3 Охрана труда и техника безопасности………………………… 3.4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов…... 3.5. Содержание отчета……………………………………………… 3.6. Контрольные вопросы………………………………………….. 4. Лабораторная работа № 4. Исследование износа резца……. 4.1. Цель работы……………………………………………………... 4.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 4.3. Связь между скоростью резания и периодом стойкости инструмента……………………………………………………………….. 4.4. Влияние материала детали на стойкость инструмента………. 4.5. Охрана труда и инструкция по технике безопасности……….. 4.6. Методика проведения эксперимента и обработки результатов….. 4.7. Содержание отчета………………………………………………

3 4 4 4 8 10 11 13 15 17 18 19 19 21 21 21 26 27 28 28

30 30 30 34 35 36 36 37 37 37 39 41 41 42 44

4.8. Контрольные вопросы………………………………………….. 5. Лабораторная работа № 5. Экспериментальное определение сил резания…………………………………………………….. 5.1. Цель работы……………………………………………………... 5.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 5.3. Методика проведения эксперимента и обработки результатов.... 5.4. Охрана труда и техника безопасности…………………………. 5.5. Порядок выполнения экспериментальной части работы……... 5.6. Содержание отчета……………………………………………… 5.7. Контрольные вопросы………………………………………….. 6. Лабораторная работа № 6. Кинематика резания при сверлении…………………………………………………………….. 6.1. Цель работы……………………………………………………... 6.2. Конструктивные и геометрические элементы сверла………... 6.3. Методические указания по выполнению работы…………….. 6.4. Охрана труда и техника безопасности………………………… 6.5. Задание для самостоятельного выполнения работы……………. 6.6. Содержание отчета……………………………………………… 6.7. Контрольные вопросы………………………………………….. 7. Лабораторная работа № 7. Изучение конструкций, обмер и эскизирование основных типов фрез……………………………. 7.1. Цель работы……………………………………………………... 7.2. Теоретическая часть…………………………………………….. 7.3. Конструктивные особенности различных типов фрез……….. 7.4. Геометрические параметры фрез………………………………. 7.5. Конструктивные элементы фрез……………………………….. 7.6. Охрана труда и техника безопасности………………………… 7.7. Методика проведения работы по измерению и эскизированию фрез……………………………………………………………... 7.8. Содержание отчета……………………………………………… 7.9. Контрольные вопросы………………………………………….. Список использованной литературы……………………………….

44 45 45 45 48 51 51 52 52 53 53 53 56 61 61 62 62 63 63 63 67 69 70 71 71 73 73 74

ДЛЯ ЗАМЕТОК

ДЛЯ ЗАМЕТОК

ДЛЯ ЗАМЕТОК