МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет заочного и вечернего обучения

Кафедра “Металлорежущие станки и инструменты”

Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания

Пояснительная записка

Курсовая работа

по дисциплине “ПФИ”

ТПЖА. 000000.595 ПЗ

Разработал студент __________ (98-ТМ-595) /Слобожанинов Ю.В./

(подпись)

Консультант __________ /Седельников А.И./

(подпись)

Нормоконтролер __________ /Седельников А.И./

(подпись)

Работа защищена с оценкой “__________” “___” ___________ 2001г.

Киров 2001

Реферат

Слобожанинов Ю. В. Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания: ТПЖА.ХХХХХХ.595-ПЗ; Курсовая работа / ВятГУ, кафедра МРСИ; руководитель Седельников А. И. – Киров, 2001. ПЗ 27 с., 17 рис., 1 таблица, 1 приложение.

Физические основы процесса резания.

Расчет параметров режимов резания.

Геометрические параметры инструментов.

Цель работы: закрепление теоретических знаний; приобретение навыков работы со справочной литературой.

В первом разделе раскрыта физическая сущность процесса шлифование зубчатого колеса червячным кругом.

Во втором разделе назначены геометрические параметры режущего инструмента, назначены параметры режимов резания для рассверливание и зенкерование.

В третьем разделе проведен сравнительный анализ двух операций по производительности, энергозатратам и другим факторам.

Задание:

Вариант 4.

1. Шлифование зубчатого колеса червячным кругом.

2. Обработать отверстие диаметром d1, полученное после штамповки, до диаметра d2, на глубину L. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах формообразования в серийном производстве: рассверливание и зенкерование.

Содержание:

Введение 3

1. Анализ процесса формообразования поверхности.

1.1 Кинематическая схема обработки и методы формообразования поверхности. 4

1.2 Конструкция и геометрия инструмента. 5

1.3 Технологические и физические размеры сечения срезаемого слоя. 6

1.4 Типы стружек. 7

1.5 Усадка стружки. 8

1.6 Условия образования нароста. 9

1.7 Составляющие силы резания. 10

1.8 Температура резания. 12

1.9 Характер изнашивания и стойкость инструмента. 14

1.10 Качество обработанной поверхности. 16

1.11 Особенности процесса формообразования. 17

2 Назначение параметров режима резания

2.1 Кинематическая схема резания 18

2.2 Выбор инструментального материала и геометрии инструмента. 19

2.3 Обоснование последовательности назначения параметров режима резания. 22

2.4 Назначение глубины резания. 22

2.5 Назначение подачи. 22

2.6 Выбор критерия затупления и периода стойкости инструмента. 23

2.7 Расчет скорости резания. 23

2.8 Расчет составляющих силы резания. 24

2.9 Расчет машинного времени. 25

3. Сравнительная характеристика заданных операций. 26

Приложение А 27

Введение.

Одним из значимых факторов технического прогресса в машиностроении, как и в других отраслях, является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства – применение новых конструкционных материалов. Обработка этих материалов требует совершенствования существующих технологических процессов и создания новых методов, основанных на совмещении механического, теплового, химического и электрического воздействия.

Обработка резанием является и на многие годы останется основным технологическим приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Трудоемкость механосборочного производства в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоемкость литейных, ковочных и штампованных процессов, взятых вместе. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Нужно также учитывать универсальность и гибкость обработки резанием, обеспечивающие ее преимущество перед другими формообразованиями, особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

Дисциплина “ПФИ” изучает основы резания металлов и включает в себя изучение геометрии инструментов, виды инструментов, физические основы процессов резания, методы формообразования, расчет параметров режимов резания.

1 Анализ процесса формообразования поверхности.

1.1 Кинематическая схема обработки и методы формообразования поверхности

Кинематическая схема шлифования зубчатого колеса червячным кругом представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1.

Рисунок 1.2. Схема образования поверхности:

1.2 Конструкция и геометрия инструмента.

Шлифовальный инструмент – режущий инструмент, состоящий из зерен шлифовального материала, сцементированных в одно целое тем или иным связующим веществом (связкой), применяемый для шлифования материалов.

Шлифовальный инструмент характеризуют: геометрическая форма и размеры, материал, связка, зернистость, твердость, структура и концентрация зерна.

В качестве шлифовальных материалов применяют:

1. природные – природный алмаз, корунд, кремень и др.;

2. синтетические – синтетический алмаз, кубический нитрид бора, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора и различные композиции из них.

Шлифующие материалы должны обладать химической инертностью к обрабатываемому материалу при высокой температуре, развивающейся в зоне шлифования. В отдельных случаях это условие не выполняется.

Для зубошлифования рекомендуется использовать круги из белого электрокорунда (24А) классов АА и А, которые имеют меньшие отклонения геометрической формы, а также большую равномерность твердости и меньший дисбаланс.

Рисунок 1.3. Схема рабочего слоя шлифовального круга.

Режущая часть шлифовального круга, изображенная на рисунке 1.3, характеризуется следующими понятиями.

Наружная поверхность 1 - поверхность геометрически правильной формы, проведенная через вершины наиболее выступающих зерен. Поверхность связки 2 – поверхность геометрически правильной формы, заменяющая фактическую поверхность связки в межзерновом пространстве. Рабочий слой – слой, расположенный между наружной поверхностью круга и поверхностью связки. Рабочая поверхность – любая поверхность круга геометрически правильной формы, расположенная на одинаковых расстояниях от наружной его поверхности в пределах рабочего слоя.

Рабочая поверхность круга состоит из отдельных зерен, расположенных в случайном порядке, как изображено на рисунке, и не имеет сплошной режущей поверхности. Съем металла производится наиболее выступающими кромками зерен.

Абразивное зерно в отличии от резца не имеет определенной формы и его геометрические параметры колеблются довольно значительно в зависимости от зернистости, например при зернистости 40 (размер зерна 400мкм) средний радиус скругления ρ колеблется от 6,3 до 100 мкм, а при зернистости от 2,8 до 56 мкм.

Работа абразивного зерна зависит также от формы и размера срезаемого металла, в первую очередь от толщины среза.

1.3 Технологические и физические размеры сечения срезаемого слоя.

Под срезом понимается толщина слоя, снимаемая одним шлифующим зерном – расстояние между поверхностями резания, образованными двумя последовательными положениями вершины зерна, измеренное по нормали к поверхности резания.

Толщины среза зависит от величины подачи на глубину, зернистости абразива, упругих деформаций снимаемого материала, количества режущих зерен, приходящихся на единицу рабочей поверхности круга, и др.

Рисунок 1.4. Направление измерения толщины снимаемого слоя одним зерном.

Когда поверхностью резания является поверхность, образованная семейством винтовых гипоциклических кривых, толщиной среза будет отрезок С₁С₂. Если траекторию резания зерном принять за окружность, то поверхностью резания будет цилиндрическая поверхность, нормалью к каждой точке которой будет радиус, и в направлении этого радиуса следует измерять толщину среза СС₁. В связи с тем что окружная скорость круга во много раз больше продольной подачи, С₁С₂.практически не отличается от СС₁.

От толщины слоя, снимаемого одним шлифующим зерном, зависят: затупление зерен, сила резания, развиваемая одним зерном, шероховатость шлифованной поверхности, мгновенная температура в зоне работы зерна и др.

Беспорядочное расположение шлифующих зерен на рабочей поверхности круга обеспечивает различную конфигурацию и размеры срезов, снимаемых отдельными зернами.

Для определения толщины среза a_z применяют следующую обобщенную формулу, справедливую для основных методов шлифования:

,

где коэффициент α имеет следующие значения: 1 – для наружного круглого шлифования; -1 – для внутреннего шлифования; 0 – для плоского шлифования периферией круга. В заданном случае α = 1.

υ_Д – скорость движения детали;

υ_кр – скорость вращения круга;

t_ф – фактическая глубина резания

l_ф – фактическое среднее расстояние между шлифующими зернами.

D – диаметр шлифовального круга;

d – диаметр детали;

В – фактическая ширина шлифуемой поверхности;

s – продольная подача

Из формулы следует, что толщина слоя, снимаемая одним шлифующим зерном, а следовательно, и нагрузка на каждое зерно зависят от всех параметров шлифования. Увеличению υ_Д, t_ф, l_ф и s соответствует увеличению a_z, но увеличению υ_кр соответствует снижение a_z. Продольная подача значительно влияет на толщину слоя, снимаемого одним абразивным зерном, причем степень влияния υ_Д и s на a_z близки между собой. Экспериментальное исследование процесса шлифования показывает, что величины υ_Д, s, t, значительно влияют и на процесс шлифования – шероховатость шлифованной поверхности, стойкость круга, силу резания и температуру резания. Влияние круга и детали является сложным. Уменьшение диаметра круга при υ_кр – const мало влияет на a_z.

1.4 Типы стружек.

Стружка - это деформированный и отделенный в результате обработки резанием поверхностный слой материала заготовки.

При шлифовании наиболее типичными являются три формы снимаемых слоев – стружке: ленточные, запятообразные и сегментообразные (рис. 1.5). Наиболее часто встречается ленточная стружка, толщина которой на участках 1, 2, 3, 4 постепенно возрастает (рис 1.5, а). Реже встречается запятообразная стружка, которая при черновой обработке деталей из вязких сталей может достигнуть значительных размеров (рис 1.5, б). При определенных условиях резания зерном может возникнуть сегментообразная стружка, с наибольшей толщиной примерно в средней ее части (рис 1.5, в).

Рисунок 1.5. Типы стружки, снимаемые при шлифовании.

В реальном процессе шлифования основная масса снимаемых слоев будет иметь самую различную промежуточную форму.

Стружка, снимаемая в процессе шлифования, располагается в порах между шлифующими зернами и по выходе из зоны контакта с деталью выбрасывается наружу. При достаточно большом сечении стружки, но недостаточных размерах пор между шлифующими зернами стружка может быть настолько вдавлена в промежутки между зернами, что для ее отделения сила, развиваемая струей охлаждающей жидкости, может оказаться недостаточной. Отходы, образующиеся при шлифовании, кроме стружки, содержит также истертую в порошок связку и мельчайшие частицы шлифующего зерна.

1.5 Усадка стружки.

В результате деформации срезаемого металла обычно оказывается, что длинна срезанной стружки короче пути, пройденного резцом.

Это явление профессор И. А. Тиме назвал усадкой стружки. При укорочении стружки размеры ее поперечного сечения изменяются по сравнению с размерами поперечного сечения срезаемого слоя металла. Толщина стружки оказывается больше толщины срезаемого слоя, а ширина стружки примерно соответствует ширине среза.

Чем больше деформация срезаемого слоя, тем больше отличается длинна стружки от длины пути, пройденного резцом.

Усадку стружки можно характеризовать коэффициентом усадки I, представляющим собой отношение длины пути резца L к длине стружки l:

.

На коэффициент усадки стружки основное влияние оказывают род и механические свойства материалов обрабатываемой детали, передний угол инструмента, толщина срезаемого слоя, скорость резания и применяемая смазочно-охлаждающая жидкость.

При обработке вязких металлов усадка более значительна. При обработке хрупких, дающих стружку надлома, усадка почти отсутствует, так как срезаемый слой деформируется незначительно, и коэффициент усадки в этом случае близок к единице.

С уменьшением угла резания, увеличением толщины среза и при больших скоростях резания уменьшаются деформация срезаемого слоя и усадка стружки. Смазочно-охлаждающая жидкости (СОЖ), снижающие величину коэффициента трения, уменьшают коэффициент усадки стружки, причем эффект от влияния жидкости тем сильнее, чем меньше толщина срезаемого слоя и скорость резания.

В заданном случае усадка будет иметь среднее значение, так как обработка происходит на больших скоростях с очень малыми толщинами срезаемого слоя.

Снизить усадку можно применением СОЖ.

1.6 Условия образования нароста.

При резании металлов контактный слой стружки притормаживает передней поверхностью, и образуется заторможенный слой. В определенных условиях силы трения и адгезии становятся больше силы внутреннего сцепления контактного слоя с основной массой стружки, произойдет остановка контактного слоя, и следующий слой стружки будет двигаться по нему. Из-за химического сродства происходит еще большее торможение, в результате чего образуется нарост.

Нарост обладает особыми свойствами. Он имеет неоднородную структуру, существенно отличающуюся от структуры обрабатываемого материала и материала режущего инструмента. Тонкие слои нароста состоят из сильно деформированных, раздробленных зерен металла с плохо выраженной текстурой. Нарост может иметь разную форму и размеры. На рисунке 1.5 изображена геометрия нароста:

Рисунок 1.6. Геометрия нароста.

Положительные стороны нароста:

1. обеспечивается процесс резания из-за увеличения угла γ;

2. нарост защищает переднюю и заднюю поверхности от износа.

Отрицательные стороны:

1. колебания геометрии и силы резания из-за нестабильной вершины, что не благоприятно влияет на шероховатость;

2. вершина срывается и попадает на обработанную поверхность, снижает ее точность и качество.

Таким образом, нарост является положительным фактором при черновой обработке и отрицательной при чистовой.

Для ликвидации нароста следует снижать шероховатость поверхности инструмента, применять соответствующие условиям обработки смазочно-охлаждающие жидкости и подбирать оптимальные режимы резания.

В данном процессе шлифования нарост не образуется.

1.7 Составляющие силы резания.

Силы резания при шлифовании являются результатом взаимодействия рабочей поверхности шлифовального инструмента с обрабатываемой деталью. В результате такого взаимодействия режущие элементы шлифующих зерен снимают мельчайшие стружки и поэтому силы, развиваемые отдельными зернами, являются незначительными по своей величине. Однако вследствие массового микрорезания большим количеством одновременно работающих зерен суммарные силы резания могут достигать значительных величин.

При шлифовании различают силы резания: шлифовальным кругом (суммарную) (рис. 1.8) и одним шлифующим зубом (рис. 1.7).

Схема микрорезания при поступательном перемещении царапающего элемента, имеющего округленную вершину радиуса ρ, на который действует внешняя сила Р:

Рисунок 1.7. Система сил при микрорезании.

Разлагая силу Р на составляющие P_z и P_y, устанавливаем, что сила P_z срезает стружку, а сила P_y прижимает царапающий элемент к обрабатываемой поверхности. На переднюю поверхность царапающего элемента действуют элементарные нормальные силы (N₁, N₂, …,N_n) и элементарные реактивные силы трения (T₁, T₂,…,T_n).

Рисунок 1.8. Сила резания Р при шлифовании.

Суммарная сила резания Р шлифовальным кругом считается составленной из сил: нормальной или радиальной P_y, тангенциальной P_z и подачи P_x (рис. 1.8).

Результаты, полученные при исследовании динамики шлифования, используются для расчетов, связанных с определением точности обработки, мощности станков, необходимой жесткости технологической системы СПИД, для аналитического определения интенсивности теплообразования в зоне шлифования и температурного поля в шлифуемой детали и других технологических решений.

Исследования позволили установить закономерность изменения силы резания в процессе шлифования. Такая закономерность, для силы Р при работе крега с затуплением, может характеризоваться кривой АБВГ (рис. 1.9).

Рисунок 1.9. Изменение величины силы резания в процессе шлифования.

1 – с затуплением круга; 2 – с самозатачиванием круга.

Как видно из рисунка силы резания заметно меньше у шлифовальных кругов с самозатачиванием.

При врезании с постоянной или ускоренной подачей происходит достаточно интенсивное возрастание силы и мощи резания (участок АБ). Интенсивность увеличения силы резания на этом этапе зависит в основном от режима шлифования и жесткости технологической системы СПИД. Такой рост сил по мере продолжительности шлифования первоначально объяснили только изменением состояния рабочей поверхности круга, в основном износом шлифующих зерен и увеличением сил трения связки круга вследствие выкрашивания невыгодно ориентированных и слабо удерживаемых на поверхности зерен. Более поздние исследования показали, что этот этап характеризуется неустановившимся режимом съема металла, когда фактическая глубина резания непрерывно возрастает по мере увеличения натяга в системе СПИД. При установившемся съеме металла, когда подача на глубину практически постоянна, величина силы резания стабилизируется (участок БВ), а влияние других факторов незначительно.

При наличии на детали исходных неточностей формы обусловленных предыдущими операциями, величина сил резания периодически убывает или возрастает в соответствии с изменением фактической глубины резания. При затуплении шлифующих зерен и засаливания рабочей поверхности круга силы резания резко возрастают (участок ВГ).

1.8 Температура резания.

При обработке металлов резанием в технологической системе выделяется большое количество теплоты. Основными источниками теплоты являются:

• работа деформации срезаемого слоя металла и работа сил трения на контактных поверхностях режущего инструмента, переходящие в теплоту резания;

• подведенная энергия (электрическая, плазменная, индукционная и т.д.), переходящая в теплоту разогрева срезаемого слоя заготовки (при резании труднообрабатываемых материалов с подогревом);

• работа сил трения контактирующих тел станка (подшипников, зубчатых передач, направляющих и т.д.), переходящая в теплоту трения.

Температура оказывает решающее влияние на стойкость инструмента и на точность обработки.

В общем случае под температурой резания понимают среднюю температуру на поверхности контакта инструмента со стружкой и поверхностью резания.

Существуют следующие методы измерения температуря резания:

1. метод по цветам побежалости;

2. метод термокрасок;

3. метод подведенной термопары;

4. метод полуискусственной термопары;

5. метод двух резцов;

6. метод бегущих или скользящих термопар;

7. метод естественной термопары.

Температуру шлифуемой детали измеряют при помощи термопар по структурным изменениям в поверхностном слое шлифуемой детали и дистанционных датчиков. Наиболее широко применяется измерение температуры при помощи искусственных и полуискусственных термопар (рис. 1.10).

Рисунок 1.10. Термопары:

а – искусственная; б – полуискусственная; 1 и 2 – проводники; 3 – электроизоляция (слюда); 4 – прибор для регистрации термо-Э.Д.С.

При шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в тепловую, так как лишь незначительная часть мощности переходит в скрытую энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала. Наибольшее количество теплоты (до 80%) переходит в обрабатываемую деталь и наименьшая теряется в результате излучения.

С увеличением нагрузки на зерно в зоне его работы выделяется большее количество теплоты в единицу времени и это обеспечивает рост температуры. Нагрузка на зерно появляется при увеличении окружной скорости детали и подач. Отдельные параметры (скорость резания и др.) оказывают сложное влияние на тепловые явления при шлифовании. Например, при увеличении скорости резания толщина срезаемого слоя снижается, но растет число тепловых импульсов при одновременном сокращении времени их действия и изменении условий трения шлифующих зерен по обрабатываемому материалу. В результате взаимодействия всех этих факторов, с увеличением скорости резания, температура шлифуемой детали повышается.

Температура при шлифовании снижается как при уменьшении мощности источников теплообразования, так и при повышении интенсивности теплоотвода. Для этой цели имеются основные пути: 1) технологические – выбор оптимальной схемы шлифования, характеристик шлифовального круга, режимов обработки, рациональных СОЖ и др.; 2) конструктивные – применение эффективных конструкций кругов для конкретных условий обработки, совершенствование установок для очистки и охлаждения СОЖ и др.

Для отвода тепла из зоны шлифования в основном применяются СОЖ.

1.9 Характер изнашивания и стойкость инструмента.

Износ рабочей поверхности круга при шлифовании является сложным физико-химическим и механическим процессом, протекание которого зависит от всех условий обработки: характеристики круга, свойств обрабатываемого материала, режима резания и др.

В зависимости от свойств шлифовальных кругов и условий обработки круги могут работать с самозатачиванием и с затуплением.

Затупление круга наступает в результате обламывания невыгодно расположенных шлифующих зерен, последовательного их расщепления и образования площадок износа, когда зерна теряют свои режущие свойства.

Самозатачивание круга заключается в том, что по мере затупления шлифующих зерен возросшее сопротивление резания вырывает зерна из связки, которая выкрашивается; в работу вступают новые зерна, в результате чего рабочая поверхность круга непрерывно обновляется.

В начальный период работы круга на вершинах зерен образуются площадки износа, которые непрерывно возрастают и обеспечивают влияние условий, действующих на зерна, чему соответствует усилие разрушения зерна и связки.

Рисунок 1.11. Основные виды износа шлифовального круга.

В зависимости от условий шлифования различают следующие основные виды износа (рис. 1.11):

1. истирание режущих элементов шлифующих зерен с образованием на них площадок с большей или меньшей шероховатостью (рис. 1.11, а);

2. микроразрушение зерен с отделением от них небольших частиц (рис. 1.11, б);

3. разрушение зерен с отделением от них небольших частиц, соизмеримых с размером зерна (рис. 1.11, в);

4. полное вырывание зерен из связки (рис. 1.11, г);

5. разрушение в результате протекания химических реакций в зоне контакта зерна с обрабатываемым материалом при высоких температурах, развивающихся в зоне шлифования (рис. 1.11, д);

6. забивание промежутков между зернами стружкой и продуктами износа (рис. 1.11, е).

Момент удаления зерна с рабочей поверхности круга определяется степенью износа зерна, динамикой процесса и прочностными свойствами связки. В ряде случаев в износа шлифующих зерен превалирующим является хрупкий износ, что связано с природой зерна.

При высоких температурах шлифования, снижающих твердость материала шлифующих зерен, процесс износа зерен является интенсивным. Процесс адгезионного износа характеризуется кратерами, образующимися на поверхности зерна, свидетельствующих об отрыве или срезе его отдельных частиц.

Интенсивность износа шлифующих зерен резко возрастает при наличии химического сродства между зерном и обрабатываемым материалом. Для железоуглеродистых сплавов предпосылками к диффузионному износу являются высокие температуры в зоне шлифования, легкость растворения углерода в железе, перепад концентрации углерода между шлифующим зерном и обрабатываемым металлом и контакт их ювенильных поверхностей. Износ кругов существенно влияет на точность и качество поверхностного слоя шлифуемых деталей.

1.10 Качество обработанной поверхности.

Для надежной работы большое значение имеет шероховатость обработанной поверхности, характеризуемая величиной ее микронеровностей, и качество поверхностного слоя, характеризуемого его состоянием.

Формирование микрогеометрии поверхности и качества поверхностного слоя является сложным физическим процессом с активным химическим взаимодействием всех материалов, находящихся в зоне обработки. В этом случае многое является результатом копирования траекторий массового перемещения шлифующих зерен круга относительно обрабатываемой детали.

В результате действия шлифующих зерен на поверхностный слой детали наносится огромное число микроцарапин, формирующих микропрофиль.

Установившаяся шероховатость шлифованной поверхности, зависящая от геометрических параметров и вибраций системы СПИД, формируется после многих проходов круга по определенному участку детали.

Наряду с шероховатостью шлифованной поверхности большое значение имеет также ее волнистость, представляющая собой сочетание периодических и апериодических выступов и впадин. На образование волнистости шлифованной поверхности при чистовой обработке наиболее активно влияют колебания обрабатываемой детали, шлифовальной бабки, шлифовального круга и его некруглость. Существенное значение оказывает также отношение скоростей детали и круга, их размеры, число проходов и сдвига фаз волн при последующих проходах.

Наиболее высокие эксплуатационные свойства шлифованной детали могут быть получены путем создания наивыгоднейших условий обработки (характеристики круга, режима резания и др.). Подбирая требуемым образом условия шлифования, можно обеспечить наиболее благоприятное распределение напряжений в детали, например растягивающие напряжения заменить на сжимающие. В итоге можно повысить износостойкость деталей.

Благоприятное влияние на шероховатость оказывает окружная скорость шлифовального круга. С ее увеличением шероховатость шлифованной поверхности существенно снижается. Это объясняется как уменьшением толщины слоя, снимаемого одним зерном, так и возрастанием количества теплоты в зоне действия каждого зерна.

Шероховатость поверхности зубьев колес после их шлифования должна находится в пределах значений высоты микронеровностей Ra от 0,20 – 0,80 мкм в зависимости от требований эксплуатации.

1.11 Особенности процесса формообразования.

После всего вышеизложенного, можно выделить следующие особенности процесса шлифования:

1. каждое абразивное зерно участвует в работе в течение не всего времени обработки детали – прерывистое резание.

2. в течение всего времени обработки детали размеры и площадь сечения срезаемого слоя изменяются.

3. условия удаления стружки из зоны резания, для банного вида обработки, благоприятны.

4. условия подвода СОЖ в зону резания благоприятны.

5. жесткость технологической системы при данном виде обработки достаточна.

6. кинематические углы изменяются в процессе работы.

Шлифовальные круги, режимы резания назначают исходя из конкретных условий обработки. При повышенных требованиях к шероховатости поверхности применяют круги с меньшим номером зернистости, при шлифовании зубчатых колес силовых передач применяют круги зернистостью до 40. В остальных случаях номер зернистости выбирают, исходя из требований чертежа детали.

2 Назначение параметров режима резания

Задание:

Обработать отверстие диаметром d₁, полученное после штамповки, до диаметра d₂, на глубину L. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах формообразования в серийном производстве: рассверливание и зенкерование.

Таблица 1. Исходные данные.

2.1 Кинематическая схема резания

Кинематические схемы рассверливания (рис. 2.1) и зенкерования (рис. 2.2):

Рисунок 2.1. Кинематическая схема рассверливания.

след – след.

Рисунок 2.2. Кинематическая схема зенкерования.

след – след.

2.2 Выбор инструментального материала и геометрии инструмента.

В основном, сверла делают из быстрорежущих сталей. Твердосплавные сверла делают для обработке конструкционных сталей высокой твердости (45...56HRC), обработке чугуна и пластмасс. Исходя из твердости обрабатываемого материала – 207 НВ, принимаем решение об применении сверла из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73. Крепежную часть сверла изготовим из стали 40Х (ГОСТ 454-74).

Рисунок 2.3. Спиральное сверло.

Задний угол . Величина заднего угла на сверле зависит от положения рассматриваемой точки режущего лезвия. Задний угол имеет наибольшую величину у сердцевины сверла и наименьшую величину - на наружном диаметре.

Передний угол. Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок  и угла при вершине 2. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего угла на чертеже не проставляется.

Рисунок 2.4. Геометрические параметры винтового сверла.

Кинематические углы рассчитываются по следующим формулам:

где α_Х – статический задний угол в данной точке;

S₀ – подача на оборот, мм/об;

ρ – радиус в данной точке, мм.

Статические углы тоже непостоянны.

При обработке сталей, экономически выгодно использовать зенкер из следующих марок быстрорежущих сталей Р18, Р6М5Ф3, Р6М5, Р9К10, Р10К5Ф5 и т.д. Выбираем марку быстрорежущей стали Р6М5, ГОСТ 19256-73. Для экономии быстрорежущей стали, зенкер делают составным неразъемным, сваренным, с помощью контактной сварки оплавлением. Хвостовик изготавливают из стали 40Х ГОСТ 454-74.

Рисунок 2.5. Зенкер цельный.

Кинематические углы α и γ зависят от того, в какой части режущей кромки их рассматривать. Это объясняется тем что при одной и той же подаче скорость резания в разных точках разная, так как они находятся на разных расстояниях от оси зенкера. Таким образом, результирующий вектор в каждой точке имеет свое направление.

Рисунок 2.5. Изменение кинематических углов зенкера.

Кинематические углы рассчитываются по следующим формулам:

где α_Х – статический задний угол в данной точке;

S₀ – подача на оборот, мм/об;

ρ – радиус в данной точке, мм.

2.3 Обоснование последовательности назначения параметров режима резания.

Объем материала, срезаемый в единицу времени с заготовки определяется по формуле:

,

где υ – скорость резания, м/мин;

s- подача, мм/об;

t – глубина резания, мм.

При возрастании каждой составляющей растет производительность труда, однако снижается стойкость инструмента.

Так как глубина резания оказывается наименьшее влияние на температуру резания и стойкость, ее назначают в первую очередь максимально возможной.

Во вторую очередь назначают подачу, так как она оказывает большее влияние на стойкость, чем глубина, но меньшее, чем скорость.

Скорость назначают в последнюю очередь, так как она оказывает наибольшее влияние на стойкость инструмента.

2.4 Назначение глубины резания.

С целью производительности труда глубину резания назначают максимально возможной. Ограничениями являются мощность оборудования, габариты режущей поверхности, жесткость технологической системы, точность и качество обработки.

Глубина резания:

,

где D – диаметр обработанного отверстия, мм;

d – диаметр обрабатываемого отверстия ,мм.

мм.

2.5 Назначение подачи.

Вектор подачи зависит от вида обработки: черновая или чистовая.

При черновой обработке подача ограничивается прочностью инструмента и мощностью механизма подач станка. При чистовой – точностью обработки и качеством обработанной поверхности.

Принимаем подачи /5/:

Для рассверливания S_p = 0,8 мм/об.

Для зенкерования S_З = 0,7 мм/об.

2.6 Выбор критерия затупления и периода стойкости инструмента.

В результате действия сил трения сверла и зенкеры в процессе резания изнашиваются.

Сверла из быстрорежущей стали могут изнашиваться по задним и передним поверхностям, по ленточкам и по уголкам. Зенкеры изнашиваются подобно сверлам (по тем же поверхностям).

При достижении установленной величины износа инструменты затачивают для восстановления их режущих свойств. Заточка сверл и зенкеров производится по главным задним поверхностям на специальных заточных станках или приспособлениях.

Средние периоды стойкости сверл и зенкеров принимаются из справочных таблиц.

Для рассверливания: Т_Р = 45 мин.

Для зенкерования Т_З = 30 мин.

2.7 Расчет скорости резания.

Для рассверливания:

где C_V – постоянный коэффициент;

Т – стойкость, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

m, x, y и q – показатели степеней;

K_mv – коэффициент, учитывающий материал заготовки;

K_uv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности;

K_uv – коэффициент, учитывающий инструментальный материал.

Значения всех составляющих берутся из /4/.

м/мин

Для зенкерования:

,

м/мин.

Частота вращения:

об/мин.

Принимается n_P = 400 об/мин.

об/мин.

Принимается n_з = 250 об/мин.

Фактические скорости резания:

м /мин;

м/мин.

2.8 Расчет составляющих силы резания.

Рассчитывается крутящий момент.

Для рассверливания:

кг м.

Для зенкерования рассчитывается крутящий момент:

,

кг м.

где Z – число зубьев зенкера (Z = 3);

S_z – подача на зуб, мм/зуб.

М

Здесь вроде бы неверно, но у меня прокатило!

квт;

квт.

2.9 Расчет машинного времени.

где l_AX – длинна рабочего хода, мм;

y и y₁ – величина врезания и перебега.

Следует принять y₁ = 3 мм; y_P = 1мм; y_З = 2 мм.

S_m – минутная подача, мм/мин.

мм/мин;

мм/мин.

мин;

мин.

3. Сравнительная характеристика заданных операций.

Из расчетов в разделе 2 видно, что с точки зрения энергозатрат и производительности, зенкерование выгоднее рассверления. Но учитывая, что стоимость сверл меньше стоимости зенкеров, а качество рассверливания удовлетворяет заданному качеству обработки, можно сделать вывод, что для данной обработки наиболее выгодно и рационально применить операцию рассверливания. Тем более, что стандартных зенкеров диаметром 20,9 нет, так что нужен специальный.

Приложение А

Литература:

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. 1975.

2. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. 1974.

3. Технология обработки конструкционных материалов. Под редакцией Петрухи П.Г. 1991.

4. Сильвестров Б.Н. Зубошлифовальные работы. 1985.

5. Справочник технолога – машиностроителя: В 2-х томах. /Под ред. Косиловой А.Г. Мещерякова Р.К/ 1985.