Рис. 49 Нарезание зубчатых колёс дисковыми модульными фрезами

Главным движением при работе дисковой модульной фрезой (рис.49) является вращательное движение фрезы. Движением подачи - поступательное (перпендикулярно оси фрезы) движение заготовки.

После нарезания одной впадины зубчатого колеса движением D_о.х. заготовка отводится от фрезы и производится движение деления D_д для нарезания следующей впадины зубчатого колеса.

Нарезание зубчатого колеса по данному методу осуществляется комплектом фрез (8 - 15).

Недостатки метода: низкая точность нарезания зубчатых колес (9 -10 степень точности) и низкая производительность из-за наличия единичного движения деления (D_д).

Элементы режима резания (рис.49):

1. Скорость главного движения

2. Глубина резания равна t=2,2m; t_чер=1,4m, t_чист=0,8m, где m - модуль нарезаемого зубчатого колеса;

3. Подача: рассматривается подача на зуб S_z (мм/зуб), подача на оборот S₀=S_z z (мм/об), минутная подача или скорость движения подачи S_мин=V_s=S₀ n (мм/мин).

4. Основное технологическое время

где - z - число зубьев нарезаемого зубчатого колеса; V_ох - скорость движения подачи при обратном ходе ().

20. Нарезание зубчатых колес червячными фрезами

Для нарезания зубчатых колес применяются два метода: метод копирования и метод обкатки.

При методе копирования используется фасонный режущий инструмент, профиль режущей части которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса (для этого используются фасонные дисковые фрезы, пальцевые фрезы, зубодолбежные головки). При методе обкатки, эвольвентный профиль зубчатого колеса получается в результате того, что режущий инструмент и заготовка рассматриваются как зубчатая пара находящаяся в зацеплении, при этом инструменту кроме движения обкатки дается дополнительное движение, необходимое для обеспечения процесса резания (зубчатые колеса нарезаются, например, червячно-модульными фрезами, долбяками, строгальными резцами).

При нарезании зубчатых колес червячными фрезами обеспечивается более высокая точность ( степень точности нарезаемых колес до 6 степени) и более высокая производительность обработки.

Рис. 50 Конструкция и геометрические параметры червячной фрезы

К геометрическим параметрам относятся: передний и главный задний углы для вершинной режущей кромки; - угол наклона стружечной канавки; - угол подъема витков зубьев фрезы.

При нарезании прямозубых зубчатых колес ось червячной фрезы располагается под углом = к плоскости, перпендикулярной к оси нарезаемого зубчатого колеса (рис.51, а). При нарезании косозубых зубчатых колес ось фрезы располагается под углом =, где - угол наклона зубьев нарезаемого зубчатого колеса (знак минус выбирают тогда, когда наклон зубьев нарезаемого зубчатого колеса и фрезы совпадает, если не совпадает - знак плюс).

Рис. 51 Нарезание зубчатых колёс червячными фрезами

Главным движением при работе червячными фрезами является вращение фрезы Dr , цепь обкатки (непрерывного деления) связывает вращение фрезы Dr и заготовки Dз. За один оборот фрезы заготовка поворачивается на один зуб.

Элементы режима резания:

1. Скорость главного движения

2. Глубина резания равна t=2,2m (при одном проходе), где m - модуль нарезаемого зубчатого колеса;

3. Подача: рассматривают подачу фрезы за один оборот заготовки

S₀ (мм/об). Подача фрезы за свой оборот S_ф (мм/об) будет равна:

S_ф=

где k - количество заходов фрезы; z - число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.

Основное технологическое время:

.

Учитывая, что , имеем

21. Нарезание зубчатых колес зуборезными долбяками

Рис. 52 Нарезание зубчатых колёс долбяками

При нарезании зубчатых колес долбяками обеспечивается 7- 8 степень точности нарезаемых зубчатых колес. По сравнению с червячными фрезами производительность процесса меньше из-за наличия возвратно-поступательного движения долбяка.

Главным движением является возвратно-поступательное движение долбяка Dr. Цепь обкатки связывает вращение долбяка D_д и заготовки D_з. При повороте долбяка на один зуб заготовка также поворачивается на один зуб.

Для исключения трения задних поверхностей зубьев долбяка при его обратном ходе заготовка движением D₀ отводится от долбяка, а перед рабочим ходом к нему подводится.

D_вр - движение врезания, когда зубчатое колесо нарезается за несколько проходов.

К геометрическим параметрам долбяка относятся передний и главный задний углы для вершинной режущей кромки.

Элементы режима резания (рис.52):

1. Скорость главного движения может быть подсчитана по формуле аналогичной строганию

,

учитывая, что V_р.х.=V_х.х., т.е. m=1 получим:

где k - число двойных ходов долбяка (дв.ход/ мин); длина рабочего хода долбяка (мм); l - длина зубчатого венца, l₁ и l₂ - дополнительные длины (мм).

2.Глубина резания равна t=2,2m, где m - модуль нарезаемого зубчатого колеса;

3.Подача: рассматриваются круговая подача S_kp - это перемещение долбяка по дуге начальной окружности за двойной ход (мм./дв.ход) и минутная подача S_мин - скорость движения подачи V_s: S_мин=V_s=kS_кр (мм/мин).

Основное технологическое время складывается из времени, затрачиваемого на обкатку и врезание:

,

где S_вр - подача на врезание (S_вр=(0,1-0,15)S_кр).

22. Наружное круглое шлифование в центрах

В зависимости от вида инструмента и кинематики станка различают следующие виды абразивной обработки: шлифование, хонингование, суперфиниширование, полирование и притирка (доводка). Абразивная обработка обеспечивает точность обработки 5-6 квалитета и шероховатость обработанной поверхности Ra до 0,1 мкм. Рассмотрим различные виды абразивной обработки.

Виды шлифования

Различают следующие виды шлифования: наружное круглое шлифование в центрах, внутреннее шлифование, бесцентровое шлифование, плоское шлифование, специальные виды шлифования.

Наружное круглое шлифование в центрах

Различают три основных способа данного вида шлифования: шлифование с продольной подачей (когда длина обрабатываемой поверхности больше высоты шлифовального круга); шлифование с поперечной подачей (когда высота шлифовального круга больше длины обрабатываемой поверхности); глубинное шлифование (припуск на обработку при этом снимается за 1-2 прохода).

Рассмотрим шлифование с продольной подачей (рис.53). Главным движением является вращение шлифовального круга D_r, движением подачи - перемещение заготовки относительно шлифовальн6ого круга вдоль своей оси D_Sпрод.

Элементы режима резания:

1. Скорость главного движения - скорость вращения шлифовального круга V_шк:



Рис. 53 Схема наружного круглого шлифования с продольной подачей: 1- шлифовальный круг; 2- заготовка

где D_шк и n_шк - диаметр (мм) и частота вращения шлифовального круга (об/мин).

1. Скорость вращения заготовки V_З:

где D и n_З - диаметр обрабатываемой поверхности (мм) и частота вращения заготовки (об/мин).

3. Глубина резания:

мм;

где D₀ - диаметр обработанной поверхности (мм). Глубина резания равна поперечной подаче S_поп, которая осуществляется после каждого хода или двойного хода заготовки движением D_Sпоп.

4.Подача: рассматривают подачу на оборот заготовки S₀=S_дB, мм/об, где В - высота круга в мм.; S_д - долевая подача, выбирается в зависимости от вида обработки (черновая и чистовая). После каждого (или двойного) продольного хода дается подача на “глубину” S_поп мм/ход (мм/дв.ход). Скорость движения подачи (минутная подача): V_s= S_мин=S₀n_з=S_дBn_з, мм/мин.

Основное технологическое время:

где i - число проходов круга; к - коэффициент выхаживания; h - заданный припуск на обработку.

23. Бесцентровое шлифование

В зависимости от вида инструмента и кинематики станка различают следующие виды абразивной обработки: шлифование, хонингование, суперфиниширование, полирование и притирка (доводка). Абразивная обработка обеспечивает точность обработки 5-6 квалитета и шероховатость обработанной поверхности Ra до 0,1 мкм. Рассмотрим различные виды абразивной обработки.

Виды шлифования

Различают следующие виды шлифования: наружное круглое шлифование в центрах, внутреннее шлифование, бесцентровое шлифование, плоское шлифование, специальные виды шлифования.

Бесцентровое шлифование может применяться для обработки как внутренних, так и наружных поверхностей. Схемы бесцентрового шлифования могут быть следующие: сквозное с продольной подачей, методом врезания с поперечной подачей и шлифование до упора. Рассмотрим бесцентровое наружное шлифование с продольной подачей, схема которого представлена на рис. 54. Заготовка 1 устанавливается на упоре 2 между шлифовальным кругом 3 и ведущим кругом 4, который обеспечивает вращение и перемещение заготовки.

Для перемещения заготовки вдоль оси и возникновения скорости V_s ось ведущего круга располагается под углом к оси заготовки (=1 - 4^о). Для увеличения длины соприкосновения его с заготовкой ведущему кругу в процессе правки придают форму гиперболоида.

Ось заготовки устанавливается выше осей кругов на величину h=(0,1 - 0,3)d, где d - диаметр заготовки.

Элементы режима резания:

1. Скорость главного движения - скорость вращения шлифовального круга V_шк:

2. Скорость вращения ведущего круга V_вк=15 - 30 м/мин;

3. Скорость вращения заготовки V_з=V_вкcos V_вк;

4. Скорость движения подачи заготовки V_s=S_мин=V_вкsin, мм/мин; - коэффициент проскальзывания (л=0,95 - 0,99);

Рис. 54 Схема бесцентрового наружного шлифования: 1-заготовка;

2-упор; 3-шлифовальный круг; 4-ведущий круг

5. Подача на оборот S₀=V_s /n_з , мм/об.

Основное технологическое время:

где l - длина заготовки; B - высота шлифовального круга, i - число проходов, к - коэффициент выхаживания.

24. Внутреннее шлифование

В зависимости от вида инструмента и кинематики станка различают следующие виды абразивной обработки: шлифование, хонингование, суперфиниширование, полирование и притирка (доводка). Абразивная обработка обеспечивает точность обработки 5-6 квалитета и шероховатость обработанной поверхности Ra до 0,1 мкм. Рассмотрим различные виды абразивной обработки.

Виды шлифования

Различают следующие виды шлифования: наружное круглое шлифование в центрах, внутреннее шлифование, бесцентровое шлифование, плоское шлифование, специальные виды шлифования. Схема внутреннего шлифования показана на рис.55. Основные движения и элементы режима резания при внутреннем шлифовании аналогичны наружному внутреннему шлифованию в центрах. Отличие заключается в том, что поперечная подача S_поп задается за двойной ход шлифовального круга. Элементы режима резания:

1. Скорость главного движения - скорость вращения шлифовального круга

2. Скорость вращения заготовки

3.Глубина резания

4.Подача на оборот - S₀=S_дВ,( мм/об) ; скорость движения подачи, минутная подача - V_s=S_мин=S₀n_s=S_дBn_з,( мм/мин).

Основное технологическое время:

Рис. 55 Схема внутреннего шлифования:

1 - шлифовальный круг; 2- заготовка

25. Плоское шлифование периферией круга. Ленточное шлифование

Плоское шлифование осуществляется двумя методами: периферией круга и торцом круга. Рассмотрим плоское шлифование периферией круга (рис.56). При данном виде шлифования круг совершает вращательное движение D_r, а заготовка для обработки ее по всей длине - возвратно-поступательное движение D_Sпрод . Для обработки заготовки по всей ширине она совершает поперечное движение D_Sпоп , в конце которого шлифовальный круг перемещается в вертикальном направлении движением

D_верт.

Элементы режима резания:

1.Скорость главного движения - вращение шлифовального круга

2. Скорость движения подачи V_s=S_мин , (м/мин);

3. Глубина резания t ,( мм);

4. Поперечная подача чаще совершается в конце

Рис. 56 Схема плоского шлифования

периферией круга

каждого продольного хода стола с заготовкой

Основное технологическое время:

где .

Окончательно имеем:

,

где Н - величина перемещения круга в направлении движения D_Sпоп, Н=В_З+В+(5-10) (мм); L - длина продольного хода стола - L=l+(10-15) (мм).

Ленточное шлифование

В качестве режущего инструмента применяется шлифовальная лента, состоящая из основы, на которую нанесены абразивные зерна и связка - клей.

Особенности процесса ленточного шлифования:

1. Контакт ленты и заготовки может осуществляться, как по плоской, так и по фасонной поверхности.

2. Площадь контакта шлифовальной ленты с заготовкой во много раз больше площади контакта круга с заготовкой. Это способствует улучшению теплоотвода, уменьшает вероятность появления прижогов и повышает производительность обработки.

Рис. 57 Схема ленточного шлифования: 1 - ведущий круг; 2 - шлифовальная лента;

3 - натяжное устройство; 4 - ведомый ролик; 5 - заготовка

3. Возможность обработки труднодоступных мест на заготовке (впадины, уступы и т.п.);

4. Простота конструкции оборудования.

Ленточное шлифование может осуществляться по всем рассматриваемым выше схемам шлифования.

26. Отделочные методы абразивной обработки

Отделочные методы абразивной обработки обеспечивают точность обработки по 4 - 6 квалитету и шероховатость обработанной поверхности до Ra 0,1 мкм.

Хонингование применяется для обработки внутренних цилиндрических и реже наружных плоскостей, обеспечивает высокую точность по размерам, форме, но не изменяет положение осей отверстия, полученное на предыдущих операциях. В качестве режущего инструмента используется хон, оснащенный абразивными брусками,

Рис. 58 Движение инструмента и заготовки при хонинговании: 1- заготовка; 2- инструментальная головка- хон; 3- абразивные бруски

которые могут самоустанавливаться по отверстию. Абразивные бруски для снятия припуска имеют возможность перемещаться в радиальном направлении.

Хонинговальная головка совершает два движения: вращательное Dr и возвратно-поступательное Ds (рис.58). Отношение скоростей Vr и Vs равно 2 - 4; скорость главного движения Vr=40 - 80 м/мин.

Суперфиниширование - процесс сверхтонкой абразивной обработки круглых наружных и внутренних поверхностей и заключается в снятии остаточных микрогребешков поверхности (припуск 5 - 10 мкм). Суперфиниширование не изменяет точности (по размерам, форме, взаиморасположению поверхностей) полученной на предыдущей операции.

Рис.59 Движения инструмента и заготовки при супершлифовании:

1- инструментальная головка; 2- заготовка

При суперфинишировании заготовка вращается со скоростью Vз = 10 -30 м/мин. Инструментальная головка совершает возвратно-поступательное движение D_r со скоростью Vr около 1000 мм/мин. Кроме того, инструментальная головка имеет колебательное (асцилирующее) движение D_a с частотой 250 - 1000 кол/мин при амплитуде 1 - 5 мм.

Полирование уменьшает высоту микронеровностей обработанной поверхности, при этом точность обработки, полученная на предыдущей операции, не изменяется. Обработка осуществляется с помощью мягкого абразива (окиси хрома, алюминия, кремнияi), который наносится на круги из дерева, войлока или фетра. Полирование производится в нескольких проходов с постепенным уменьшением зернистости абразива.

Притирка (доводка) обеспечивает самую высокую точность обработки и малую высоту микронеровностей обработанной поверхности. Процесс резания заключается в снятии тонких слоев материала мелкозернистом абразивным порошком в среде смазки при относительных движениях притира и заготовки.

27. Алмазные и эльборовые шлифовальные круги

Алмазный (или эльборовый) шлифовальный круг представляет собой металлический корпус, на рабочую поверхность которого нанесен алмазный слой толщиной 1,0-3,0 мм. Алмазный слой состоит из связки и алмазного порошка.

В качестве абразивного материала используются в основном синтетические алмазы. Натуральные технические алмазы применяются преимущественно для изготовления алмазных резцов, наконечников к приборам, фильер для волочения, для правки шлифовальных кругов.

Синтетические алмазы получают в виде мелких кристаллов размером обычно не более 1,0 мм. Синтез алмазов проходит в результате воздействия на графит высоких давлений (до 1,7*10⁵ кгс/мм²) и высоких температур (до 2500^оС). Синтетические и природные алмазы нельзя противопоставить друг другу, они дополняют друг друга и каждый из них имеет свои области применения. По сравнению с природными алмазами с ровной и гладкой поверхностью синтетические алмазы имеют более шероховатую поверхность с выступами, углублениями и большим числом режущих элементов на одном зерне. Такая поверхность зерна обеспечивает более высокую работоспособность синтетических алмазов. Синтетические и природные алмазы имеют одинаковую кристаллическую решетку, плотность, твердость и другие физико-механические свойства. Отличаются они только формой зерен, характером поверхности, прочностью и хрупкостью.

В характеристику алмазных кругов входят: зернистость зерен, связка, концентрация алмазов.

Зернистость. Синтетические алмазы подвергают дроблению и последующей классификации по размерам. В зависимости от размера зерен, метода их получения и контроля, алмазные зерна делятся на три группы: шлифпорошки (имеют 12 размеров зернистости от 630/500 до 50/40); микропорошки (имеют 11 номеров зернистости от 60/40 до 1/0); субмикропорошки.

Шлифовальные порошки из природных алмазов обозначаются буквой А, из синтетических алмазов - буквами АС, а из синтетических поликристаллических алмазов - АР. Микропорошки и субмикропорошки обозначаются соответственно буквами АМ и АСМ, а повышенной абразивной способности АСН. Шлифовальные порошки из синтетических поликристаллических алмазов типа «баллас» обозначаются АРВ, типа «карбонадо» - АРК, типа «спеки» - АРС. Выделяют марки шлифпорошков из природных алмазов А1, А2, А3, А5, А8, из синтетических поликристаллических алмазов АРВ1, АРК4, АРС3; шлифпорошки из синтетических алмазов марок АС2, АС4, АС6, АС15, АС20, АС32, АС50; микропорошки марок АСМ1, АСМ5, АСН.

Зернистость шлифпорошков обозначается дробью, например 400/250. В числителе указано число (в нашем случае 400), равное размеру ячейки сита в микрометрах, через которую проходят зерна основной, преобладающей по массе фракции, а в знаменателе - число (в нашем случае 250), равное размеру ячейки сита, на котором зерна задерживаются.

Связка. Для алмазных кругов применяются металлическая, керамическая и бакелитовая связки. Наиболее распространены круги на бакелитовой связке, которая состоит обычно из фенолформальдегидной смолы (например, пульвербакелит) и наполнителя (карбид бора, карбид кремния и т.д.), который играет роль опоры для алмазных зерен, а также определяет механическую прочность, износостойкость и теплостойкость алмазоносного слоя. Обозначаются они также, как и для абразивных кругов, например, Б1, Б2 и др. Металлические связки обозначаются буквой М (например, М1, МК, М15, МВ1, ПМ1) и состоят из медной или алюминивой основы с добавлением других компонентов и наполнителей.

Концентрация алмаза. Основным показателем, определяющим стоимость алмазного инструмента, является концентрация алмазов в алмазоносном слое. Концентрация алмазов характеризуется весовым содержанием их в алмазоносном слое. За 100% концентрацию условно принято содержание алмаза в количестве 4,39 карата или 0,878 г в 1 см³ алмазоносного слоя. В соответствии с этим различают круги с 25-, 50-, 75-, 100-, 150 % - ной концентрацией. При маркировке алмазных кругов концентрация обозначается цифровым индексом. Цифрами 1, 2, … 6 обозначается соответственно 25, 50, 75, 100, 125 и 150 % - ная концентрация. Круги из синтетических алмазов применяют в настоящее время преимущественно для заточки твердосплавного инструмента и обработки заготовок из неметаллических материалов (гранит, кварц, стекло и др.).

Маркировка алмазного инструмента. При маркировки алмазных кругов указывается марка алмазов, зернистость, их концентрация, связка, форма и размеры круга.

зернистость

алмазных

зерен связка размеры круга

Эльборовые материалы в зависимости от размера зерен разделяются на шлифзерна (размеры зерен 160 - 500 мкм), шлифпорошки (размеры зерен 40 - 120 мкм) и микропорошки (размеры зерен 1 - 63 мкм). Обозначение зернистости эльборовых материалов аналогично обозначению алмазных материалов. В зависимости от вида сырья, способа получения и прочности выпускаются следующие марки эльбора: ЛО - обычной механической прочности, ЛП, ЛКВ - повышенной прочности, ЛД - поликристаллический, ЛОМ, ЛОС - с покрытиями.

В характеристику эльборового шлифовального круга входят те же параметры, что и в характеристику алмазного круга. Маркировка эльборовых кругов аналогична маркировке алмазных кругов.

28. Пути управления тепловыми явлениями при резании с целью повышения эффективности процесса и стойкости режущего инструмента

Различные способы управления тепловыми явлениями направлены на решение двух основных задач:

1) общее изменение теплового состояния в зоне резания (уменьшение или увеличение температуры резания).

2) Направленное изменение температуры (уменьшение или увеличение) отдельных участков поверхности инструмента или заготовки.

Для решения первой задачи можно использовать следующие способы управления:

Регулирование интенсивности теплообразования в зоне резания за счет изменения элементов режима резания, геометрии и конструкции режущего инструмента. Изменяя форму и геометрические параметры режущей части инструмента, можно влиять на интенсивность и направление тепловых потоков, обеспечивающих отвод теплоты из зоны резания через инструмент.

Выбор количества одновременно работающих режущих клиньев режущего инструмента. Увеличение или уменьшение количества одновременно работающих режущих клиньев соответственно повышает или снижает температуру резания.

Применение ротационного резания (рис.60). При ротационном резании кроме двух основных движений (Dr и Ds), необходимых для осуществления процесса резания, имеется движение резца вокруг собственной оси (D_р). Движение D_р может быть принудительным или осуществляться за счет трения резца о заготовку, которое регулируется углом м. Уменьшение температуры в зоне резания при ротационном резании происходит за счет того, что в контакт с заготовкой периодически входят уже охлажденные участки режущей кромки. Кроме того, при такой схеме резания уменьшается коэффициент трения за счет частичной замены трения скольжения трением качения.

4. Регулирование теплообмена инструмента и заготовки с окружающей средой (применение смазывающей охлаждающей жидкости, подогрева срезаемого слоя). Основным потоком теплоотвода из зоны обработки является тепловой поток от поверхностей режущего инструмента не занятых стружкой. Поэтому главным объектом охлаждения при использовании смазывающей охлаждающей жидкости является режущий инструмент.

5. Регулирование интенсивности вторичного теплообмена между режущим инструментом и сходящей стружкой. Это достигается за счет различных мероприятий, связанных с дроблением и удалением стружки из зоны обработки.

6. Регулирование длительности контакта режущего инструмента и обрабатываемой заготовки за счет искусственного прерывания процесса резания и других способов.

Для решения второй задачи используются следующие меры:

1. Регулирование размеров контактных площадок инструмента. Например, уменьшение длины контакта Сг (рис.61) за счет создания канавки на передней поверхности ведет к снижению коэффициента трения. В результате снижается сила резания Pz и количество выделившейся теплоты Q , а следовательно и температура на передней поверхности. Большое влияние на температуру оказывает угол м, под которым проведена передняя стенка канавки. Уменьшение данного угла приводит к повышению теплоотвода в инструмент и снижению температуры на передней поверхности.

2. Применение дополнительных теплоотводящих кромок. Как показано на рис.62, такие кромки, снимая небольшой слой материала, незначительно увеличивают общее количество теплоты, образующейся при резании. Вместе с тем, соприкасаясь с заготовкой, они способствуют отводу тепла из инструмента в заготовку.

Выбор размеров и формы режущих элементов режущего инструмента (рис.63). При одном и том же значении вспомогательного угла в плане пластины с разным числом граней будут иметь различные главные углы в плане. При постоянных значениях глубины резания и подачи разные главные углы в плане будут вызывать различное изменение сил резания, коэффициента укорочения стружки, поскольку изменяются толщина и ширина срезаемого слоя. С другой стороны, чем меньше граней имеет пластина, тем меньше теплоотвод в нее от контактной площадки на передней поверхности. Таким образом, форма и размер режущего элемента определяют условия теплоотвода из зоны резания и увеличение числа граней пластины температура на передней поверхности будет уменьшаться.

4. Выбор теплофизических характеристик инструментального материала. Изменение коэффициента теплопроводности инструментального материала может служить средством не только общего, но и направленного регулирования температуры. Увеличение коэффициента теплопроводности, как правило, снижает температуру на передней поверхности за счет повышения теплоотвода в инструмент, но повышает температуру его задней поверхности. Причина повышения температуры на задней поверхности заключается в том, что теплота, поступающая в инструмент со стороны передней поверхности, с увеличением коэффициента теплопроводности все более активно передается через режущий клин в сторону задней поверхности, подогревая ее. Отсюда следует, если инструмент изнашивается в основном по передней поверхности, то для уменьшения тепловой нагрузки на данную поверхность следует применять инструментальные материалы большой теплопроводности. Если же необходимо снизить тепловую нагрузку на заднюю поверхность инструмента, то следует использовать инструментальные материалы с меньшим коэффициентом теплопроводности.

5. Выбор схемы подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания. Применяя различные схемы подвода жидкости (со стороны передней поверхности или задней, поливом или через тело инструмента) можно создавать необходимое тепловое состояние зоны обработки и контактных площадок режущего инструмента.

29. Методы повышения стойкости режущего инструмента (кроме упрочнения поверх-ностного слоя режущего инструмента путем изменения его структуры и состава.)

Рассматривают следующие методы повышения стойкости режущего инструмента:

1. Создание новых марок инструментальных материалов. Увеличение периода стойкости Т достигается при этом за счет повышения основных эксплутационных характеристик инструментального материала. Как видно из рис.64, использование инструментальных материалов, имеющих более высокую теплостойкость, повышает период стойкости инструмента.

1

2. Совершенствование конструкции режущего инструмента и оптимизация геометрических параметров режущей части инструмента. Повышение периода стойкости режущего инструмента обеспечивается за счет равномерного распределения силовых и тепловых нагрузок на режущих кромках инструмента, улучшение теплоотвода, подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания и обеспечение достаточной прочности режущего клина инструмента. Например, применение инструментов с механическим креплением пластин обеспечивает больший период стойкости по сравнению с инструментом с напайными пластинами (рис.65); применение внутреннего охлаждения через тело инструмента, например, сверла, также ведет к повышению периода стойкости; использование метчиков с внутренними каналами способствует не только лучшему охлаждению инструмента, но и лучшему отводу стружки из зоны обработки, что вместе взятое увеличивает их период стойкости.

1

3. Применение смазочно-охлаждающей жидкости. Повышение периода стойкости режущего инструмента при использовании смазочно-охлаждающей жидкости обеспечивается за счет использования основных свойств жидкости: охлаждающего, смазывающего, моющего и режущего (более подробно влияние жидкости на износ инструмента будет рассмотрен ниже).

4. Повышение качества контактных площадок режущего инструмента. Повышение периода стойкости режущего инструмента за счет повышения качества его контактных площадок рассмотрим на примере трех методов.

4.1 .Уменьшение шероховатости контактных площадок режущего инструмента (доводка). Доводка контактных площадок инструмента осуществляется кругами из сверхтвердых материалов (алмазными - для доводки твердосплавных режущих инструментов, эльборовыми - для доводки быстрорежущего инструмента). Повышение периода стойкости инструмента при доводке обеспечивается за счет снижения трения на контактных площадках режущего инструмента и удаления с поверхности контакта различного рода дефектов (микросколов, микротрещин, рисок и т.п.), которые в процессе резания могут сыграть роль концентраторов напряжений и привести к преждевременному разрушению режущих кромок. Наиболее эффективна доводка для режущего инструмента из твердого сплава.

30. Упрочнение поверхностного слоя режущего инструмента путем изменения его структуры и состава.

.Упрочнение поверхностного слоя режущего инструмента путем изменения его структуры и состава. Методы данной подгруппы наиболее эффективны для режущего инструмента из быстрорежущей стали. К данным методам можно отнести методы химико-термической обработки (ХТО), основанные на газо-фазовом, жидкостном и твердофазовом насыщении поверхностного слоя режущего инструмента (азотирование, цементация, цианирование и др.). В результате насыщения образуются диффузионные слои, кристаллохимическое строение которых отличается от основного материала (фазовый состав слоя, химический состав, твердость). В результате диффузионного насыщения образуются слои толщиной 10-40 мкм с повышенной твердостью. Методы ХТО обеспечивают повышение периода стойкости быстрорежущего инструмента в 1,5-2 раза. К методам данной подгруппы можно отнести также ионное азотирование, ионную имплантацию, электроискровое легирование, лазерную обработку и лазерное легирование.

Ионное азотирование осуществляется в два этапа и проводится в разряженной атмосфере: первый этап - очистка поверхности режущего инструмента от окисных и адсорбированных пленок в тлеющем разряде и нагрев режущего инструмента до требуемой температуры, второй этап - насыщение поверхности режущего инструмента ионами азота. Ионное азотирование имеет ряд преимуществ перед традиционным азотированием: высокая скорость насыщения, получение азотированных слоев с необходимыми свойствами и структурой, малые деформации режущего инструмента в процессе насыщения. Применение ионного азотирования позволяет увеличить период стойкости инструмента в 1,5-2,5 раза.

Ионная имплантация заключается в бомбардировке с высокой энергией поверхностных слоев режущего инструмента ионами различных металлов или газов. В результате такой обработки происходит изменение механических свойств поверхностного слоя инструмента и повышается его микротвердость. В качестве легирующих элементов используются тугоплавкие металлы (Ta, Ti, W, Zr) и различные газы (азот, аргон). К преимуществам ионной имплантации можно отнести низкую температуру процесса, что позволяет упрочнять мелкоразмерные инструменты и инструменты из низкотеплостойких сталей.

Электроискровое легирование заключается в том, что под действием электроискрового разряда малой мощности происходит перенос материала электрода на поверхность режущего инструмента. В качестве электродов используются твердые сплавы группы ТК, карбиды и нитриды тугоплавких металлов. Недостатки процесса: низкая производительность, высокая шероховатость поверхности Ra 3,2-6,3.

Лазерная обработка. В результате обработки лазером в поверхностных слоях инструмента образуется зона с особой макроструктурой («белая зона»), состоящая из нескольких слоев, причем один из этих слоев обладает высокой твердостью.

Лазерное легирование является комбинацией двух методов - электроискрового легирования и лазерной обработки.

К методам данной подгруппы можно отнести методы, направленные на улучшение свойств быстрорежущей стали путем устранения недостатков термообработки и вредных последствий заточки инструмента. Это охлаждение режущего инструмента в жидком азоте (удар холодом) и магнитно-импульсная обработка. Наличие остаточного аустенита в закаленной стали уменьшает твердость, прочность и теплостойкость инструментального материала, что приводит к снижению периода стойкости режущего инструмента. При охлаждении быстрорежущего инструмента в жидком азоте и при магнитно-импульсной обработке происходит снижение остаточного аустенита, что повышает указанные выше свойства стали.

4.3. Упрочнение поверхностного слоя режущего инструмента путем нанесения твердых износостойких покрытий. Главная задача нанесения покрытия создание композиционного инструментального материала с высокой износостойкостью поверхностного слоя (за счет нанесенного покрытия) и вязкой прочной основой. Покрытия следует наносить на те инструментальные материалы, которые обладают вязкой основой и имеют недостаточную поверхностную износостойкость. К таким инструментальным материалам относятся углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, твердые сплавы группы ВК, ТТК и более прочные сплавы из группы ТК (например, сплав Т5К10). Для нанесения износостойких покрытий на режущий инструмента применяются методы химического (ХОП) и физического (ФОП) осаждения покрытий.

Методы химического осаждения покрытий. Методы ХОП являются высокотемпературными (температура процесса 1000°С) и применяются для нанесения покрытий на неперетачиваемые твердосплавные пластины и цельный твердосплавный инструмент. В качестве покрытий используются карбиды, нитриды и карбонитриды титана, оксид алюминия (TiC , TiN , TiCN , Al₂O₃). Применение методов ХОП позволяет повысить период стойкости режущего инструмента при обработке конструкционных сталей в 1,5-4 раза.

Методы физического осаждения покрытий. К данным методам относятся: метод КИБ (метод конденсации вещества в вакууме с ионной бомбардировкой), метод РЭП (реактивный электронно-лучевой плазменный), метод МИР (магнитронно-ионное распыление), метод МИРР (магнитронно-ионное реактивное распыление), метод ионного плакирования. Наибольшее распространение получил метод КИБ, который позволяет наносить покрытия как на быстрорежущий, так и на твердосплавный инструмент. Данным методом наносятся покрытия различного состава и конструкции - однослойные и многослойные на основе нитридов, карбидов, карбонитридов тугоплавких металлов (например, однослойные одноэлементные TiN, ZrN, CrN, многоэлементные (Ti,Mo)N, (Ti,Al)N), (Ti,Zr)N, многослойные TiN+TiCN+(TI,Zr)N и др.).

31. Определение обрабатываемости материалов резанием

Под обрабатываемостью понимается способность обрабатываемого материала разрушать и изнашивать контактные площадки инструмента до заданного критерия износа.

Полное исследование обрабатываемости какого-либо материала включает в себя следующие этапы:

Определение оптимальной марки инструментального материала, оптимальной геометрии режущего инструмента и оптимального состава смазочно-охлаждающей жидкости.

Исследование влияния различных факторов (скорости резания, подачи, глубины резания, геометрии режущего инструмента и др.) на качество обработанной поверхности, силы резания и износ режущего инструмента.

Исследование влияния термообработки на обрабатываемость.

Оценку обрабатываемости производят по следующим параметрам: допускаемой скорости резания, качеству обработанной поверхности, силам и мощности, затрачиваемым на процесс резания и характеру образующейся стружки.

Основным параметром оценки обрабатываемости как при черновой, так и при чистовой обработке является скорость резания. Чем она выше, тем лучше обрабатываемость материала и наоборот.

Для определения обрабатываемости используют различные методы. Рассмотрим «классический» метод, который заключается в построении периода стойкости инструмента от скорости резания - Т=f(V). Данный метод является наиболее точным и объективно отражает влияние обрабатываемого материала на износ инструмента. Недостатком его является трудоемкость и большой расход обрабатываемого материала.

1

Если сравнивают обрабатываемость двух материалов А и Б, то для них в одинаковых условиях обработки экспериментально находят зависимость Т=f(V). Построение данной зависимости производится следующим образом. При постоянных значения глубины резания и подачи заготовка из материала Б обрабатывается на скорости резания V1 до заданного критерия износа (в нашем примере критерий равен h_3к=0,5 мм ) и строится график h3=f(ф) (рис. 83, б). На данном графике определяется время Tv1 , которое проработал инструмент до величины износа по задней грани hз, равного 0,5 мм, которое будет соответствовать периоду стойкости инструмента при работе на скорости V₁. Значение периода стойкости Tv₁ переносим на график Т=f(V) и получаем на нем первую точку. По аналогии строим графики h3=f(ф) для скоростей V₂, V₃, V₄ и т. д. и получаем для данных скоростей значения периодов стойкости Tv₂, Tv₃, Tv₄ и т.д., которые переносим на график Т=f(V) . Построив зависимость T=f(V) для материала Б, аналогично строим зависимость T=f(V) для обрабатываемого материала Б. Если зависимость T=f(V) является монотонной, то ее аппроксимируют степенной функцией и находят две зависимости:

-

для материала А и - для материала Б.

Затем, задавшись периодом стойкости Т=60мин, определяют соответствующие ему скорости резания V_60А и V_60Б. Коэффициент обрабатываемости будет равен

.

При немонотонной зависимости T=f(V) (рис.67) находят отношение скоростей резания VA и VБ, допускаемых материалами А и Б при определенном значении периода стойкости инструмента, являющееся коэффициентом обрабатываемости при выбранном периоде стойкости.

1

Для повышения обрабатываемости материалов применяются следующие методы: термическая обработка обрабатываемого материала, изменение химического состава, введение в состав обрабатываемого материала легкоплавких добавок (висмут, селен, свинец и др.), которые не изменяют физико-механических свойств материала, подогрев срезаемого слоя заготовки (лазерный плазменный).

32. Обрабатываемость различных материалов

Обрабатываемость конструкционных сталей ухудшается с увеличением содержания в них углерода и легирующих элементов, поскольку это приводит к повышению коэффициента истираемости материала и температуры резания. Наряду с химическим составом на обрабатываемость сталей влияет их микроструктура. Наибольшей истирающей способностью обладает феррит, небольшой коэффициент истираемости имее аустенит; истирающая способность перлита зависит от формы цементита - у пластинчатого перлита она больше, чем у зернистого; у зернистого перлита она тем меньше, чем меньше зерна цементита. Обрабатываемость чугунов определяется в первую очередь их микроструктурой и ухудшается по мере того, как углерод из свободного состояния (графит) переходит в связанное (цементит), обладающее повышенной истирающей способностью. На обрабатываемость чугуна влияет также размер и форма графита и цементита. Наилучшая обрабатываемость достигается при наличии сфероидальных зерен графита. Вследствие малых пластичности и склонности чугуна к упрочнению силы резания при его обработке меньше, чем при обработке сталей на ферритной основе. Однако из-за малой длины контакта стружки с передней поверхностью нормальные напряжения достаточно велики и концентрируются вблизи режущей кромки. Температура резания при обработке чугуна также меньше по сравнению с температурой, возникающей при обработке ферритных сталей той же твердости. Щднако обрабатываемость чугуна хуже. Обрабатываемость жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов существенно хуже по сравнению с обрабатываемостью конструкционных сталей и чугунов. Жаропрочными называют материалы, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций и обладающие жаростойкостью, т.е. способностью противостоять химическому разрушению под действием воздуха или других агрессивных сред при высоких температурах. Нержавеющими называются материалы, обладающие высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, т. е. в атмосфере воздуха, паров воды и кислот. Худшая обрабатываемость данных материалов определяется их физико-механическими свойствами, структурой и теплофизическими характеристиками. К таким свойствам относятся: 1. Высокое упрочнение материала в процессе его обработки резанием. 2. Низкая теплопроводность. 3. Способность данных материалов сохранять исходную прочность и твердость при повышенных температурах. 4. Большая истирающая способность данных материалов, обусловленная наличием в них, кроме фазы твердого раствора, еще и второй фазы, когда образуются интерметаллидные или карбидные включения. Низкую обрабатываемость имеют титановые сплавы, которая обусловлена рядом их особенностей: малая пластичность, характеризуемая высоким коэффициентом упрочнения; высокая химическая активность к кислороду, азоту, водороду, что вызывает интенсивное охрупчивание поверхностного слоя сплавов вследствие диффузии в него атомов газа при повышении температуры; чрезвычайно низкая теплопроводность, более низкая, чем у жаропрочных сталей и сплавов. Алюминиевые сплавы с точки зрения обрабатываемости можно разделить на три группы. К первой относятся сплавы с низкой твердостью, имеющие склонность к налипанию на инструмент (например, дюралюминий в отожженном состоянии). Сплавы второй группы имеют высокую твердость, не налипают на инструмент (например, термически упрочненный дюралюминий, кованные сплавы АК6, АК8 и др.). В третью группу входят широко распространенные литые сплавы, содержащие кремний, в частности силумины различных сплавов. Для первых групп наиболее характерно образование сливной стружки в виде длинных лент и спиралей, для третьей - стружка легко дробится на короткие элементы. По сравнению со сталью алюминиевые сплавы обладают меньшей твердостью, более низким временным сопротивлением и лучшей теплопроводностью, что позволяет значительно повысить скорость резания и подачу. Высокая вязкость ряда алюминиевых сплавов интенсифицирует налипание частиц на рабочие поверхности инструмента, что затрудняет отвод стружки, может вызвать пакетирование стружки и привести к образованию задиров на обработанной поверхности. Алюминиевые сплавы склонны к наростообразованию и данный процесс протекает чрезвычайно активно. Максимальная высота нароста и его исчезновение отмечаются для алюминиевых сплавов при относительно более низких скоростях резания, чем для сталей. Медные сплавы с точки зрения обрабатываемости можно разбить на три группы: 1. Сплавы с гомогенной структурой (латуни Л60, Л63, бронзы БрА7, Бр04Ц3 и др., медь); 2. Сплавы с гетерогенной структурой (ЛЦ16К4, ЛЦ30А3, БрА10ЖЗМц2 и др.); 3. Сплавы, содержащие свинец (ЛС63-3, ЛЦ10С, БрС30 и др.). При обработке сплавов первой группы и красной меди образуется сливная вязкая и трудноломающаяся стружка. Сплавы второй группы также образуют сливную стружку, однако она менее прочная и значительно лучше ломается. При резании свинцовистых сплавов образуется короткая хрупкая стружка, а в случае высокого содержания свинца - стружка надлома почти в виде пыли. Обрабатываемость медных сплавов лучше по сравнению со сталями, коэффициент, характеризующий уровень скоростей резания, для них в 2 - 3 раза выше по сравнению с чугуном и сталью.

33. Действие смазочно-охлаждающей жидкости при резании

Действие смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при резании определяется основными ее свойствами: смазывающим, охлаждающим, моющим и режущим.

Смазывающее действие СОЖ заключается в создании на контактных площадках режущего инструмента различного рода пленок, которые полностью или частично предотвращают контакт передней поверхности со стружкой и задних поверхностей с обрабатываемым материалом. По характеру пленки могут быть физическими, химическими и механическими. Физические пленки образуются в результате молекулярной адсорбции, они имеют высокое сопротивление на сдвиг, но плохо сопротивляются нормальным нагрузкам и имеют низкую термостойкость. Условием образования физических пленок является присутствие в СОЖ поверхностно-активных веществ. Химические пленки образуются в результате хемосорбции, которая сопровождается химической реакцией между СОЖ и контактными поверхностями режущего инструмента. Эти пленки имеют низкое сопротивление на сдвиг, но лучше воспринимают нормальные нагрузки и имеют высокую термостойкость. Условием их образования является присутствие в СОЖ веществ, химически активных по отношению к материалу инструмента. Механические пленки образуются вследствие содержания в СОЖ твердых веществ, которые заполняют впадины микронеровностей контактной поверхности режущего инструмента. Эти пленки имеют еще меньшее сопротивление на сдвиг, чем химические. Смазывающее действие СОЖ проявляется в снижении трения и схватывания на контактных площадках режущего инструмента.

Охлаждающее свойство СОЖ заключается в отводе тепла от инструмента, заготовки и стружки и проявляется в снижении температуры на контактных площадках и в режущем клине режущего инструмента.

Моющее свойство СОЖ заключается в удалении продуктов износа и мелкодисперсной стружки из зоны обработки и проявляется в снижении абразивного изнашивания инструмента.

Режущее свойство СОЖ заключается в том, что наличие в ней поверхностно-активных веществ облегчает процесс разрыва связи в обрабатываемом материале при внедрении режущего клина режущего инструмента в поверхностный слой заготовки.

Смазочно-охлаждающие жидкости могут подаваться в зону резания следующими способами: поливом свободно падающей струей, под давлением со стороны передней или задней поверхности, подача распыленной жидкости.

34. Современные тенденции в развитии процессов резания. Сверхскоростное резание

В настоящее время все больше деталей изготавливается из труднообрабатываемых сталей и сплавов, керамики, композитов и других новых конструкционных материалов. Многие из них ктеризуются очень сложной формой, минимальными припусками на обработку, высокими требованиями к качеству обработанных поверхностей. Для обеспечения рациональных условий обработки таких деталей необходим комплексный подход, объединяющий знания о процессах обработки материалов резанием, свойствах материала, оборудовании и т. д.