Резание металлов

№4. На схеме строгания заготовки покажите скорость, глубину, подачу при резании и дайте им определение. Приведите схему строгального резца и покажите на ней главные углы (?, ?, ?). Приведите марки материалов рекомендуемых для строгальных резцов и дайте их характеристику.

Ответ:

Рис.1 Элементы резания при строгании

К элементам режима резания при строгании относят скорость резания, глубину резания и подачу (рис.1).

Глубиной резания t при строгании называется величина слоя металла, срезаемого резцом за один проход, и измеренного в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности.

Подачей S называется перемещение резца или заготовки (периодическое) в направлении подачи за один двойной ход; измеряется в мм/дв. ход. Подача всегда производится в конце обратного (холостого) хода.

Скорость резания ? при строгании равна скорости рабочего хода ?р ползуна с резцом или стола продольно-строгального станка с обрабатываемой заготовкой.

На поперечно-строгальных станках с кривошипно-кулисным механизмом скорости рабочего ?_р и холостого ?_x хода являются переменными. Для этих станков среднюю скорость резания можно определить по формуле:

где ?_р - длина хода ползуна, мм;

n - число двойных ходов ползуна в минуту;

m - отношение скорости рабочего хода к скорости холостого хода; при средних и малых длинах хода ползуна m = 0,60…0,75.

Строгальные станки с реечным механизмом для передачи движения имеют постоянную скорость рабочего хода. Для этих станков скорость резания определяют по формуле:

Скорость резания, допускаемая режущими свойствами резцов при выбранной глубине резания и подаче, устанавливается в зависимости от механических свойств обрабатываемого металла, материала и геометрии резца, а также его стойкости.

Скорость резания при строгании определяют по той же формуле, что и при наружном продольном точении без охлаждения.

Строгальный резец (рис. 2, а) состоит из стержня А и режущей части Б или головки. Головка резца имеет переднюю поверхность 1, главную 2 и вспомогательную 6 задние поверхности, главную 3 и вспомогательную 5 режущие кромки, вершину 4.

При сечении главной режущей кромки резца плоскостью N-N, перпендикулярной поверхности резания (рис. 2, б), различают следующие углы: главный передний у и главный задний ?, заострения ? и резания ?. Кроме того, резец имеет главный ? и вспомогательный ?₁ углы в плане и угол при вершине ?.

Рис. 2. Строгальный резец:

а - основные части и элементы; б - углы резца

Главный передний угол ? резцов из быстрорежущей стали в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала выбирают в пределах 5…20°; для твердосплавной режущей части резца угол у изменяется в пределах от -5 до -15°.

Главный задний угол ? обычно равен 6…10°.

Главный угол в плане ? для проходных резцов принимают 30…75°, а вспомогательный угол в плане ?₁ = 10…30°; для отрезных резцов ?₁ = 2…3°.

Строгальные резцы для обработки стали и чугуна изготовляют из быстрорежущей стали Р9 и Р18 и с пластинками из твердых сплавов марок ВК8, ВК15, Т5К10 при черновом строгании и ВК6, Т15К6 и Т5К12 при чистовом строгании. В последнем случае стержень резца выполняют из углеродистой инструментальной стали.

Р9 и Р18 - легированные, инструментальные, качественные быстрорежущие стали, в которых углерода до 1%, вольфрама до 9% (в первой марке) и до 18% (во второй марке), остальное железо. Теплостойкость 620°С; твёрдость: Р9 - НRC 62…64, Р18 - НRC 63…64; предел прочности при изгибе: Р9 - 2800…3200 МПа, Р18 - 2600…3000 МПа.

ВК6, ВК8, ВК15, Т5К10, Т15К6, Т7К12 - металлокерамические твёрдые сплавы. Химический состав и механические свойства данных сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав и механические свойства твёрдых сплавов

№49. Приведите рисунок, и кратко опишите устройство и работу радиально-сверлильного станка. Используя эскиз зенкера, опишите его конструкцию и геометрию.

Ответ

Для совмещения оси шпинделя сверла с осью очередного отверстия, подлежащего обработке, необходимо заготовку периодически двигать по столу в различные положения вручную. Это вызывает большие неудобства и потерю времени, особенно при сверлении отверстий в крупногабаритных и тяжелых деталях. На радиально-сверлильном станке деталь остается неподвижной, а перемещается инструмент вместе со шпиндельной бабкой.

На рис.3 показан общий вид радиально-сверлильного станка модели 2А53. Эти станки используют для сверления, рассверливания, зенкерования и развертывания отверстий, отдаленных от краев заготовки, а также для получения и обработки отверстий в крупных заготовках, установка которых на столе вертикально-сверлильного станка невозможна или неудобна.

На фундаментной плите 1 крепится неподвижная колонна 2 с поворотной гильзой 3. Разрезной хомут 9, скрепляющий гильзу с колонной, стягивается специальным устройством. На гильзе закреплена консоль или рукав 8, который может перемещаться по ней вверх или вниз при помощи двигателя 4, двухступенчатого редуктора 5 и винта 7. Консоль имеет шпиндельную головку 6 и шпиндель 15. Последний посредством электродвигателя 11 коробки скоростей 12 и коробки подач 14 получает заданное главное (вращательное) движение и движение подачи (поступательное вдоль оси).

Рис. 3. Общий вид радиально-сверлильного станка модели 2А53

На станке можно получить 12 различных чисел оборотов шпинделя в минуту (от 55 до 2240 об/мин) и восемь различных подач (0,06…1,22 мм/об). Если поменять местами сменные зубчатые колеса, то количество чисел оборотов можно удвоить.

Шпиндельная головка 6, для устойчивости фиксируемая на консоли зажимом, работает как самостоятельный узел и может перемещаться по направляющим рейкам 13 консоли в радиальном направлении при помощи специальной рукоятки. Поворот консоли вокруг колонны на определенный угол производят механически и вручную.

При сверлении заготовку укрепляют неподвижно на съемном столе 10 или непосредственно на фундаментной плите 1, а шпиндель со сверлом устанавливают в рабочее положение при помощи трех сверлильного стенка модели 2А53 перемещений: вертикального вдоль оси шпинделя; радиального по направляющим консоли и вокруг колонны (на определенный угол).

Зенкерование заключается в увеличении диаметра отверстия с целью повышения точности и класса чистоты поверхности. Режущим инструментом является зенкер. По сравнению со сверлом зенкер обладает большей жесткостью, имеет больше режущих зубьев (обычно 3…4) и направляющих ленточек, отсутствует поперечная кромка, что обеспечивает минимальный увод зенкера и разбивку отверстия.

Рис.4. Зенкер:

1 - передняя поверхность; 2 - главная задняя поверхность; 3 - ленточка; 4 - главная режущая кромка; 5 - вспомогательная режущая кромка; в - сердцевина; А - режущая часть; Б - рабочая часть; В - направляющая часть; Г - шейка; Д - хвостовик; В - лапка

Различают следующие виды зенкеров: хвостовые (рис.4, а), насадные цельные, насадные сборные. Зенкер имеет такие же режущие элементы и углы, как спиральное сверло, за исключением поперечной кромки и угла ?. Зенкеры изготовляют с прямыми, наклонными и винтовыми канавками. Прямые и наклонные канавки обычно у зенкеров насадных цельных и сборных. У хвостовых зенкеров (цельных) канавки винтовые с углом наклона ? = 10…30° у периферии. Величина угла ? изменяется вдоль режущих кромок по аналогии со сверлом, соответственно изменяется и угол ?. Она зависит от диаметра D зенкера и свойств обрабатываемого материала: чем больше диаметр и выше вязкость материала, тем больше угол ?.

Припуск под зенкерование зависит от диаметра зенкера и изменяется в пределах 0,5...3 мм. Для зенкеров, оснащённых режущими элементами из твердых сплавов, припуск берётся 0,5...1,5 мм. Зенкерованием обрабатывают отверстия до 10...11-го квалитета точности.

№61. Приведите схему круглошлифовального станка. Кратко опишите его устройство и работу. На примере маркировки шлифовального круга объясните значения ее букв и цифр.

Ответ:

На рис.5, а дана схема универсального центрового круглошлифовального станка для наружного шлифования.

Рис.5. Схема универсального центрового круглошлифовального станка для наружного шлифования

Стол 3 (рис.5, а) опирается на направляющие станины 1 и несет переднюю 6 и заднюю 4 бабки. Обрабатываемая заготовка помещается между центрами передней и задней бабок; ей сообщается вращательное движение от двигателя передней бабки. Вращающаяся заготовка вместе со столом имеет также возвратно-поступательное движение для обработки заготовки по всей длине кругом шлифовальной бабки 5. Длина хода стола 1, ограничивается установкой кулачков 2, которые управляют рычагом 7 переключения направления хода стола; стол перемещается гидропроводом. Шлифовальная бабка установлена на поперечных салазках и с помощью маховичка 8 получает поперечное перемещение для установки на глубину шлифования. Для обработки конусов верхнюю часть стола делают поворотной.

При маркировке абразивного инструмента в определенном порядке указываются все его характеристики: материал абразивных зерен, зернистость, твердость, номер структуры, вид связки, точность размеров, класс круга по неуравновешенности, форма и размеры круга, допустимая окружная скорость. Например, 24А40СМ17К5, А1, ПП200х16хЗ2,35 м/с. Здесь 24А - абразивный материал второй группы (белый электрокорунд), зернистость №40 (400 мкм), твердость СМ1 (среднемягкий круг первой степени), структура № 7 (средняя), связка керамическая пятая, класс точности А (всего по ГОСТу три класса точности: АА, А, Б), класс неуравновешенности 1 (для класса точности А по ГОСТ 3060-75 класс неуравновешенности 1 или 2), круг формы ПП (плоский прямой), наружный диаметр 200 мм, ширина 16 мм, диаметр отверстия 32 мм, окружная скорость не более 35 м/с. Маркировка круга приведена по ГОСТ 2424-75.

При маркировке алмазных кругов указываются марка алмазов и зернистость, связка и концентрация, форма и размеры круга. Например, АСВ 125/100 ТО2 100 % АПП 150х10х3х32 означает: АСВ - материал шлифующих зерен, шлифпорошок с размером зерен основной фракции от 100 до 125 мкм, ТО2 - обозначение связки, концентрация алмазов в объеме рабочего слоя 100%, круг формы АПП (алмазный плоский прямой) с наружным диаметром 150 мм, шириной 10 мм, толщиной алмазоносного слоя 3 мм, диаметр посадочного отверстия 32 мм.

Эльборовый круг маркируется следующим образом:

Л16КБ100%. Здесь Л - материал зерен (эльбор), 16 - зернистость, КБ - связка, 100 % - концентрация (0,88 г/см³). Маркировка наносится на торце круга специальной краской.

№93. Подберите режим резания и определите основное время Т_о для изготовления продольным точением стального вала диаметром d = 64 мм, длиной 200 мм. Диаметр заготовки D = 70 мм. Подача S = 0,4 мм/об. Обработка производится за один рабочий ход (i = 1). Резец проходной из материала Р18, ? = 45°. Приведите схему обработки к определению Т_о.

Решение:

Глубину резания при продольном точении определим из формулы:

t = (D - d)/2,

где D - диаметр заготовки, мм;

d - диаметр детали (стального вала), мм.

t = (70 - 64)/2 = 3 мм

Скорость резания ?, м/мин при точении определим из формулы:

где Cv - постоянный коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала и материала резца на скорость резания;

Т - стойкость резца (при одноинструментальной обработке принимается равным 60 мин), мин;

t - глубина резания, мм;

s - подача, мм/об;

m, x_v, y_v - коэффициенты, показывающие степень влияния соответствующего фактора на скорость резания (табл. 2 методички).

Скорость резания при точении равна:

? = 44,8/(60^0,125 · 3^0,25 · 0,4^0,66) = 44,8/(1,668 · 1,316 · 0,546) = 37,4 м/мин

Машинное (основное) время, потребное при точении детали, определим по формуле:

где L - расчетная длина хода резца в направлении подачи в мм;

i - число проходов резца на данной операции (в нашем случае i = 1);

n - частота вращения заготовки, об/мин;

s - подача, мм/об.

Расчетная длина хода резца L при продольном точении (см. рис.6) состоит из длины обрабатываемой поверхности детали l1, длины врезания резца в обрабатываемую поверхность l2, величины перебега резца l3, т. е.

L = l1 + l2 + l3.

Длина врезания резца зависит от глубины резания и главного угла резца в плане ?, т. е.

Перебег резца l₃ необходим для предотвращения образования заусенца в конце обработки и в зависимости от диаметра обрабатываемой детали принимается равным 1…3 мм (принимаем l₃ = 3мм).

Длину врезания резца определим по формуле:

l2 = t · ctg 45° = 3 · 1 = 3 мм

Расчетная длина хода резца L равна:

L = 200 + 3 + 3 = 206 мм

Частоту вращения заготовки определим по формуле:

n = (1000 · ?)/(? · D) = (1000 · 37,4) / (3,14 · 70) = 170 об/мин

Таким образом, машинное время, потребное для обработки одного валика за один проход, равно:

То = (206/(0,4 · 170)) · 1 = 3,03 мин

Рис.6. Схема токарной обработки стального вала к определению Т_о.

116. Напишите и поясните формулу для определения скорости резания при точении. Для чего необходимо рассчитывать скорость резания?

Ответ

Скорость резания при точении определяют по формуле:

где Т - время работы резца до затупления (стойкость резца);

m - показатель относительной стойкости, характеризующий интенсивность влияния стойкости на скорость резания;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

с_? - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия его обработки (определяется по таблицам);

k_? - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки по отношению к тем, для которых даётся значение коэффициента с_? (k_? равен произведению частных поправочных коэффициентов, которые определяются по таблицам).

Показатели степеней у глубины резания и подачи (х_? и у_?)для различных условий обработки определяются по таблицам.

Из приведенной формулы следует, что скорость резания зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

1) механические свойства обрабатываемого материала,

2) свойства материала режущей части резца,

3) стойкость режущего инструмента,

4) подача;

5) глубина резания, а также углы резца, охлаждение и т. д.

Скорость резания является одним из наиболее важных параметров, определяющим качество обработанной поверхности и производительность труда. Увеличение скорости резания ускоряет снятие припуска, но при этом снижается стойкость инструмента и, следовательно, увеличиваются затраты времени на снятие и установку инструмента, подналадку станка.

В практике машиностроения определены оптимальные (экономически целесообразные) стойкости инструмента, исходя из которых рассчитывается (находится по таблицам) оптимальная скорость резания.