123449 (Обробка металів різанням)

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

оБРОБКА МЕТАЛЛІВ РІЗАННЯМ

Нікополь, НТ НМетАУ

2004

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НІКОПОЛЬСЬКИЙ ТЕХНІКУМ

НАЦІОНАЛЬНОЇ МЕТАЛУРГІЙНОЇ АКАДЕМІЇ УКРАЇНИ

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

„ОБРОБКА МЕТАЛІВ РІЗАННЯМ”

Уклали Г.О. Козлов

Н.В. Христиченко

Нікополь, НТ НМетАУ

2004

ЗМІСТ

Сутність процесу, основні поняття і визначення

Параметри і фізичні явища, що супроводжують процес різання

Стійкість і матеріали різального інструмента

Металорізальні верстати

Точіння

Свердління, розточування

Фрезерування

Стругання, довбання, протягання

Зубонарізування

Шліфування

Поверхневе пластичне деформування

Контрольні запитання

Література

Сутність процесу, основні поняття і визначення

Обробка металів різанням — це процес зняття різальним інструментом шару металу заготовки (стружки) для надання виробу потрібної форми, заданих розмірів і чистоти поверхні. Види обробки металів різанням розрізняють залежно від конструкції різального інструмента, що застосовують, або від характеру руху інструмента і заготовки при обробці вручну чи на металорізальному верстаті.

Усі види руху при обробці різанням поділяються на три групи:

• робочий рух (або рух різання);

• установчий;

• допоміжний.

Складовими робочих рухів є головний рух і рух подачі. Головний рух здійснює процес зняття стружки, а рух подачі — процес різання. Наприклад, під час свердлення головним рухом є обертання свердла, а його переміщення вздовж осі або вбік — є рух подачі, що дозволяє одержати наскрізний отвір або канавку певної глибини.

У металорізальних верстатах головний рух найчастіше буває обертальним (токарні, свердлувальні, фрезерні, шліфувальні верстати) або прямолінійним (стругальні, довбальні верстати). Головний рух надається заготовкам (верстати токарної групи) або різальному інструменту (фрезерні, поперечно-стругальні тощо). У верстатах з головним обертальним рухом подача і різання безперервні, у верстатах з головним зворотно-поступальним — різання переривчасте.

До основних понять щодо процесу різання відносять:

• поверхні заготовки;

• координатні площини;

• елементи різальної частини;

• геометрію різця (кути, режими різання і розміри заданого шару металу).

Оброблювана поверхня (рис. 1.1) – це поверхня заготовки, з якої знімають стружку (1); оброблена поверхня (3) — це та, з якої знято стружку; поверхня різання (2) утворюється головним різальним лезом різця.

Координатними площинами називають площину різання (4), дотичну до поверхні різання, що проходить через головне різальне лезо різця, і основну площину (5), паралельну напрямку поздовжньої (S_ПОЗ) і поперечної подач.

Основні елементи різального інструмента (різця) розглянемо на прикладі токарного різця (рис. 1.2), який складається з різальної частини (II - головки) і стрижня (І) для кріплення його в держаку верстата.

Елементи різальної частини різця такі: передня поверхня (1), по якій збігає стружка; вершина різця (2) — точка перетину різальних лез; головна задня поверхня (5), обернена до поверхні різання; допоміжна задня поверхня (4), повернена до обробленої поверхні заготовки; головне лезо різання (6), утворене перетином передньої (1) та головної задньої (5) поверхонь, яке здійснює основну роботу — різання; допоміжне різальне лезо (3), утворене перетином передньої і допоміжної задньої поверхонь.Форма та головні кути визначають геометричну форму різця і значно впливають на процес різання. Головні кути різця розглядають у площині перерізу А (рис. 1.3, а). Ця площина на рис. 1.3, б показана для токарного різця. На модифікаційній схемі стругання ця площина збігається з площиною креслення (рис. 1.4). Клиноподібна частина різця під дією сили Р (рис. 1.4) врізується в оброблюваний матеріал. Чим гостріший клин (кут загострення), тим менші зусилля потрібні для різання. Кут загострення (β - це кут між передньою і задньою поверхнями різця. На кресленнях цей кут позначають не завжди, оскільки його величину можна визначити за виразом β = 90° - ( + ), знаючи інші кути заточування різального інструмента.

Параметри різання залежать від:

• головного заднього кута ();

• переднього();

• головного кута в плані (φ) тощо.

Головним заднім кутом () називають кут між головною задньою по верхньою різця і площиною різання. Призначений він для зменшення тертя між головною задньою поверхнею різця і поверхнею різання заготовки. Кут обирають у межах 6...12°. Головним переднім кутом () називають кут між передньою поверхнею різця і площиною, перпендикулярною до площини різання. Від нього залежить ступінь деформації шару, що зрізується, зменшення сили тертя заготовки і передньої поверхні різця. Цей кут обирають у межах від 20° до -10°. Кут різання знаходиться між площиною різання і передньою поверхнею різця, визначають його за виразом β = 90° - .

Кут нахилу головного різального леза (рис. 1.5) розміщується у площині різання між головним різальним лезом і лінією, проведе­ною через вершину різця паралельно основній площині. Він може бути додатнім, від'ємним, дорівнювати нулю і змінюватися від 4° до - 4°. Кут визначає положення передньої поверхні і впливає на напрямок руху стружки.

Для повної характеристики геометрії різця використовують також поняття допоміжних кутів різця ₁, ₁, φ₁ і кут при вершині різця .

=180°-(φ + φ₁),

тобто дорівнює куту між проекціями різальних лез на основну площину (рис. 1.6). Вимірюють ₁ і ₁ (на рисунках не показано) за допоміжною січною площиною, що перпендикулярна проекції допоміжного різального леза на основну площину.

Головним кутом у плані φ називають кут між проекцією головного різального леза на основну площину і напрямок поздовжньої подачі S_поз. Обирають його у межах 30...90° (найчастіше φ = 45°). Він впливає на форму перерізу шару, що зрізується,, чистоту обробки і спрацювання інструмента. Допоміжний кут у плані φ₁ розташовується між проекцією допоміжного різального леза на основну площину і напрям­ком, протилежним напрямку поздовжньої подачі. Він також впливає на чистоту обробки поверхні.

1 — оброблювана поверхня;

2 — поверхня різання;

З — оброблена поверхня

Рис. 1.6 - Елементи різання і геометрія шару металу, що зрізується

Параметри і фізичні явища, що супроводжують процес різання

До основних параметрів процесу різання відносять глибину і швидкість різання, подачу, ширину і товщину шару металу, що зрізується, та номінальну площу його перерізу.

Глибиною різання (і) називають товщину шару металу, який зрізається за один прохід різального інструмента. При повздовжньому точінні циліндричної поверхні (див. рис. 1.6)

t = (D - d) / 2,

де D - діаметр заготовки, мм;

d - діаметр обробленої поверхні, мм.

Швидкістю різання (V) називають швидкість головного руху. Вона визначається шляхом, що пройшла точка оброблюваної поверхні заготовки відносно різальної кромки інструмента за одиницю часу, і вимірюється у метрах за хвилину (м/хв), крім випадків, коли швидкість різання дуже велика (шліфування). Тоді її вимірюють у метрах за секунду (м/с). За умов головного обертального руху (фрезерування, точіння, свердлення)

,

де D - діаметр заготовки (або інструмента), мм;

n - частота обертання заготовки (або інструмента), хв.

Подача (S) — це переміщення різальної кромки інструмента відносно заготовки в напрямку подачі за один оберт (мм/об) або подвійний хід заготовки (чи інструмента) (мм/под.хід). Залежно від напрямку руху подача може бути поздовжньою, поперечною, похилою, вертикальною, тангенціальною, круговою тощо.

Ширина шару різання (в) — це відстань між двома послідовними положеннями різальної кромки за час повного оберту заготовки, заміряна в напрямку, нормальному до товщини шару зрізаного металу (a), де a = S sin φ.

Номінальну площу поперечного перерізу шару, що зрізується, (в квадратних міліметрах) визначають добутком подачі на глибину різання або товщини шару, що зрізується, на його ширину (f = st = ав).

Якість обробленої поверхні характеризують її шорсткість, хвилястість, наявність мікротріщин, надривів, подрібнення структури, нагартування і залишкові напруження. Шорсткість має визначальний вплив на експлуатаційні властивості виробів — стійкість проти спрацювання, втомну міцність, корозійну стійкість тощо.

Шорсткістю називають сукупність нерівностей поверхні деталі на певній (базовій) її довжині. Для кількісної оцінки шорсткості існують шість пара­метрів:

• середнє арифметичне відхилення профілю (R_a);

• висота нерівностей профілю за десятьма точками (R_в);

• найбільша висота нерівностей (R_max);

• середній крок нерівностей;

• середній крок нерівностей за їх вершинами;

• відносна довжина профілю.

З чотирнадцяти існуючих класів шорсткості найбільш грубою і шорсткою є поверхня першого класу (R_z = 160...320 мкм), а найбільш гладкою — поверхня чотирнадцятого класу (R_z < 0,1 мкм).

Рівень шорсткості залежить від умов різання. Для зменшення шорсткості необхідно або збільшити радіус заокруглення вершини різця, або зменшити кути різця в плані.

При вдавлюванні різальної частини інструмента в оброблюваний матеріал виникає (під дією зовнішньої сили) пружно- і пластично-деформований об'єм. Це зона випереджаючої деформації або стружкоутворення, що охоплює як зрізаний шар металу, так і його частину під поверхнею, що оброблюється. Процес утворення елемента стружки можна поділити на три етапи. На першому відбувається пружне і пластичне деформування і майбутній елемент стружки зміцнюється в зоні стружкоутворення. На другому.— елемент стружки зміщується по площині зсуву саме тоді, коли напруження у шарі перевищують опір зсуву. На третьому етапі здійснюється додаткове пластичне деформування елемента стружки, що утворився під час його руху по передній поверхні інструмента.

Залежно від умов різання і властивостей оброблюваного матеріалу може формуватися стружка трьох основних видів (рис. 1.7).

Зливна стружка (рис. 1.7, а) має вигляд суцільної стрічки з гладкою внутрішньою (біля різця) і шорсткою зовнішньою поверх­нями. Границі між елементами стружки не спостерігаються.

Суставчаста стружка відколу (рис. 1.7, б) утворюється при оброблюванні менш пластичних, твердих матеріалів. Поверхня стружки біля різця також гладка, а на зовнішній поверхні видно зазубринки. Стружка складається з елементів (що не втратили зв'язку між собою) з видимими границями.

Стружка надлому (рис. 1.7, в), або елементна, утворюється при оброблюванні крихких матеріалів і складається з окремих елементів випадкової форми, не пов'язаних між собою. Таку стружку іноді називають стружкою відриву, оскільки її утворення викликане дією напружень розтягування.

Вигляд стружки часто використовується як непряма характеристика роботи різання. Найбільших витрат енергії потребує утворення суставчастої стружки (значний ступінь пластичної деформації), менших - утворення зливної, і найменших - утворення стружки надлому (незначна пластична деформація).

Процес різання супроводжується пружним і пластичним дефор­муванням шару, що зрізується, усадкою стружки, утворенням наросту на передній поверхні різця, зміцненням поверхневого шару оброблюваної деталі, тепловиділенням.

Пружне і пластичне деформування шару, що зрізується, відбувається під дією нормальних і дотичних напружень при вдавлюванні різця в метал. Максимальне пластичне деформування в зоні утворення стружки, зсувні явища в шарі металу, що зрізується, призводять до ковзання окремих частин зерен по кристалографічних площинах і витягування зерен.