Есов В.Б. - Курс лекций по механической обработке

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции иОрдена Трудового Красного Знамени государственныйтехнический университет им. Н. Э. БауманаКафедра «Технологии обработки материалов»КУРС ЛЕКЦИЙ«Механическая обработка»ЕСОВ В.Б.-2009-Есов В.Б.Механическая обработка. Курс лекций. 2009. 27 с., ил.Приведены лекции, прослушанные студентами третьего курса МГТУ им. Бауманапо курсу ТКМ "Механическая обработка". Кратно изложены технологичные методыобработки материалов, рассмотрены физические процессы, происходящие в процессеобработки резанием. Содержится информация про смазывающие охлаждающие жидкости.Приведены краткие сведения по инструментальным материалам.Для студентов третьего курса МГТУ им.

Баумана.Редактор: Загаевский А.СКорректор: Фролова Д.С.200921. Современные технологические методы и виды изготовления деталей машин.Надежная работа современных машин существенно зависит от эксплуатационныхсвойств их ответственных деталей. А эксплуатационные свойства деталей в свою очередьзависят от точности изготовления, качества поверхности и поверхностного слоя детали.Точность оценивают отклонениями размеров, формы и расположения поверхностей.Качество – еѐ шероховатостью и волнистостью.

Качество поверхностного слоя –наклепом поверхностного слоя, остаточными напряжениями в нем и толщинойдефектного слоя.Режимы работ современных машин становятся все более интенсивными, чтообъясняется стремлением не только повысить производительность, но и предъявлениемповышенных требований к надежности и долговечности. Это объясняется стремлениемуменьшить их дорогостоящий простой и ремонт.Эти требования обеспечивают за счет лучших конструкционных решений, используяболее качественные конструкционные материалы, а так же важным условием являетсяобеспечение повышенных эксплуатационных свойств их деталей на основе более точногоизготовления.

(требования по точности изготовления возрастают примерно на порядоккаждые 10 лет).Несмотря на очевидный прогресс технологических методов и видов заготовительныхпроизводств, последние, в общем случае, не обеспечивают непосредственно получениеточных деталей с высокими эксплуатационными свойствами, поэтому для полученияготовой детали, их заготовки подвергают дополнительной обработке, в итоге получаязаданные точность и качество обработки.Технологический метод обработки характеризуется видом энергии, используемым дляформообразования исходной заготовки, способом подвода энергии к заготовке, ипроцессами, происходящими в материале заготовки в результате такого энергетическоговоздействия.3Основные технологические методы изготовления деталей из заготовокХарактеристики иоценкатехнологическогометодаВид энергииОбработка РезаниемОРмеханическаяСутьпроцесса, разрушениепроисходящего взаготовкеОписаниеВ результате механическогопроцессавоздействия режущиминструментом, которыйимеет форму клина иувеличивает приложенное кнему усилие, в материалезаготовки возникаютнапряжения, превышающиепредел прочности, в итогепроисходит полезноеразрушение материалазаготовки с удалениемприпуска в виде стружки.ОсновныепреимуществаметодаВысокая точность обработкии высокое качествообработанной поверхности.Недостатки1.

Часть материалапревращается в стружку.КИМ = Mд/Mз < 1(КИМ – коэффициентиспользования материала)2. Затрудненность илиневозможность обработкизаготовки из высокопрочногометалла, минералокерамики,жаростойких и других,труднообрабатываемыхматериалов.Наиболее освоен впроизводстве. Имобрабатывается абсолютноебольшинство деталей (до95%). Освоение методаобеспечено наличиемразнообразногооборудования, инструментови другой оснастки, а такжевысоким уровнемунификации истандартизации изделий.Промышленноеосвоение метода4Технологический методПоверхностнопластическоедеформированиеППДмеханическаяпластическоедеформированиеВ результатемеханическоговоздействия гладкимокруглым инструментом,в материале заготовкивозникают напряжения,которые больше пределатекучести, но меньшепредела прочности. Врезультате выгодноперераспределяютматериал поверхностныхслоев, но без срезаниястружки.Экономия материалаКИМ=11.

Невозможностьобработки непластичныхматериалов.2. Сравнительноневысокая точность(относительно ОР) попараметрам отклоненияразмеров, формы,расположения.Методом ППД получаютстандартный крепеж,термическинеобработанныемелкомодульныезубчатые колеса,штурвальные рукояткиручного управления,детали с повышеннымкачествомповерхностного слоя иэксплуатационнымихарактеристиками (объемдеталей – 3%, высокиетемпы роста)Электрофизические иэлектрохимические обработкиЭФХОэлектрическая, химическая,ультразвуковаяразрушениеВ результате энергетическоговоздействия удаляют припускзаготовки.

В материалезаготовки происходитразрушение, зависящее от видаиспользуемой энергии.Электрическая – интенсивныйнагрев микрообъема(электроэррозийная обработка)Механическая –(ультразвуковая обр.)Химическая(электрохимическая обр.)Возможность обработкитруднообрабатываемыхматериалов и получениесложных поверхностей1. Ограничение по свойствамобрабатываемых материалов(Например, электроэроззийнойобработкой нельзяобрабатывать диэлектрики).2. Повышенная энергоемкость.Наибольшее применение методполучил в инструментальномпроизводстве, в химическоммашиностроении, а так же воборонной промышленности(объем деталей – 2%, высокиетемпы роста).Перечисленные выше методы обработки составляют основу современной технологииизготовления деталей из заготовок. Наряду с ними разрабатываются и начинают получатьпромышленное применение новые технологические методы – комбинированные методы,основанные на сочетании энергетических воздействий на заготовку (электро-абразивнаяобработка, электро-алмазная обработка, электрохимическое хонингование, резание сопережающей пластической деформацией, вибрационное резание, деформирующеерезание).Реализацию технологического метода называют технологическим видом обработки.Технологические виды и их разновидности характеризуются признаками, существеннымис производственной точки зрения – по используемому технологическому оборудованию иинструментам, по формам и расположению обработанных поверхностей, по достигаемымточности, качества обработки поверхности и поверхностного слоя. ОР: точение, сверление, фрезерование, строгание, долбление, протягивание,прошивание,шевингование,шлифование,хонингование,полирование,суперфиниширование, доводка. ППД: обкатывание, раскатывание, калибрование, выглаживание, накатывание,дробеструйная обработка, ротационная. ЭФХО: электроэррозийная, электрохимическая, химическая, импульсномеханическая, лучевая, плазменная.52.

Физические основы процесса формообразования поверхностей деталей машин.Физика процесса разрушения.Большинство металлов и сплавов имеют кристаллическое строение, и физическаяпрочность кристаллического металла определяется межатомарными силами связи.Процесс обработки резанием связан с разрушением кристаллической решетки поддействием внешней силы со стороны режущего инструмента.

Процесс разрушенияосуществляется по кристаллографическим плоскостям.Процесс стружкообразования (с/о)В механизме процесса резанием большое влияние уделяется стружкообразованию.Впервые процесс стружкообразования исследовал и описал известный русский ученыйИ.Ф. Тиме.На процесс резания затрачивается до 90% силы и работы резания. Выделяется большоеколичество теплоты, происходят сложные деформирующие процессы, на рабочихповерхностях инструмента возникают контактные напряжения. Это влияет на износинструмента и формирование поверхностного слоя обрабатываемой детали.Этапы резания:6а) В первоначальный момент под действием внешней силы в точке контактаинструмента с заготовкой возникает сложное упругое напряженное состояние, котороехарактеризуется максимальными касательными и нормальными напряжениями.Нормальные напряжения сначала действуют как растягивающие (в точке А).

Это можетвызвать раскалывание металла. Затем напряжения уменьшаются до сжатия.б) При дальнейшем движении инструмента, когда внешние силы превышают силывнутреннего сцепления, упругие деформации переходят в пластические, происходитсмещение кристаллических решеток друг относительно друга.Сдвиговые деформационные процессы в зоне АВС; АВ – начало сдвиговыхдеформаций, ВС – окончание; по линии ВС – скалывание определенного объема металла иобразуется стружка.

Эта зона АВС четко обозначена при обработке пластичныхматериалов при малых скоростях резания. В реальных условиях эта зона почтипревращаются в плоскость ОО – плоскость сдвиговых деформаций. Эта плоскостьсоставляет угол θ с направлением подачи.Величина угла θ зависит от физико-механических свойств инструмента, режимарезания (глубины резания, подачи, скорости резания), геометрии режущего инструмента ит.д.Структура металла в зоне АВС и стружки резко отличаются от структуры основногометалла.

В зоне стружкообразования расположены деформированные и разрушенныекристаллы, сильно измельченные и вытянутые в направлении плоскости О’O’. Этуплоскость иногда называют плоскостью образования текстуры. И с плоскостью ОО онаобразует угол β, который тоже варьируется.При обработке пластических материалов β →30˚, хрупких – β →0˚[ происходят дискретные этапы разрушения – посредством множества критическихсдвигов]Стружкообразование – сложный физико-механический процесс деформированияметалла, на который сказывается влияние многих факторов. При этом установлено, чтоупругопластические деформации происходят не только в месте с/о, но имеет место ихволнообразное распространение впереди зоны резания.7Помимо деформаций в зоне АВС, стружка подвергается дополнительной деформацииза счет трения о переднюю поверхность режущего инструмента, в результате образуетсязона вторичного деформирования металла.

Степень деформирования в этой зоне внесколько раз больше деформации материалов стружки. Величина зоны вторичнойдеформации незначительна по сравнению с толщиной стружки (0,1 от толщины) a’=0,1 a.Контактные процессы на передней поверхности инструмента влияют на интенсивностьизнашивания инструмента, изменение химического состава поверхностей контакта (засчет диффузионных процессов), изменение температуры. В стружке наблюдаетсяискривление продольной структуры.Стружка, образованная в процессе резания, подвергается значительной пластическойдеформации, одним из проявления которой является еѐ усадка (а1>a).Процесс стружкообразования следует рассматривать совместно с такими явлениями,как типы стружек, силы резания, явления наклепа и нароста, износа режущегоинструмента, теплообразования и т.д.Типы стружекВ зависимости от физико-механических свойств металла, геометрически режущегоинструмента, режимов резания и других факторов, в процессе резания образуется 3 типастружек (условное разделение): сливная, скалывания, надлома.81) Сливная стружа.Образуется преимущественно при обработке пластичных материалов при высокойскорости резания, малых подачах (при больших передних и задних углах).

Представляетиз себя непрерывную ленту криволинейной формы (иногда скручивается в формуспирали).На наружной поверхности образуется зубчики (бархатистая поверхность), а внутренняяповерхность наоборот – очень чистая и блестящая.Недостатки сливной стружки:В процессе образования, сливная стружка может наматываться на вращающуюсядеталь (заготовку, шпиндель). Это ухудшает качество обработки поверхности.

Также онаявляется травмоопасной. В условиях крупносерийного производства применяются методыпо борьбе со сливной стружкой.Достоинства сливной стружки:1.2.3.Маленькая работа на образованиеМаленькие силы резанияМалая температура резанияОбразуется при чистовых режимах обработки.(методы борьбы – увеличение подачи)2) Стружка скалывания (суставчатая стружка)Образуется при обработке материалов средней твердости, т.е большинстваконструкционных сталей.