Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания
МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ
ВЯТСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ
Факультетзаочного ивечернегообучения
Кафедра“Металлорежущиестанки и инструменты”
Анализпроцессаформообразованияи расчет параметроврежимов резания
Пояснительнаязаписка
Курсоваяработа
подисциплине“ПФИ”
ТПЖА.000000.595 ПЗ
Разработалстудент __________(98-ТМ-595) /СлобожаниновЮ.В./
(подпись)
Консультант__________ /СедельниковА.И./
(подпись)
Нормоконтролер__________ /СедельниковА.И./
(подпись)
Работазащищена соценкой “__________”“___” ___________ 2001г.
Киров2001
Реферат
СлобожаниновЮ. В. Анализ процессаформообразованияи расчет параметроврежимов резания:ТПЖА.ХХХХХХ.595-ПЗ;Курсовая работа/ ВятГУ, кафедраМРСИ; руководительСедельниковА. И. – Киров, 2001.ПЗ 27 с., 17 рис., 1 таблица,1 приложение.
Физическиеосновы процессарезания.
Расчетпараметроврежимов резания.
Геометрическиепараметрыинструментов.
Цель работы:закреплениетеоретическихзнаний; приобретениенавыков работысо справочнойлитературой.
В первомразделе раскрытафизическаясущность процессашлифованиезубчатогоколеса червячнымкругом.
Во второмразделе назначеныгеометрическиепараметрырежущего инструмента,назначеныпараметрырежимов резаниядля рассверливаниеи зенкерование.
В третьемразделе проведенсравнительныйанализ двухопераций попроизводительности,энергозатратами другим факторам.
Задание:
Вариант 4.
Шлифованиезубчатогоколеса червячнымкругом.
Обработатьотверстиедиаметром d1,полученноепосле штамповки,до диаметраd2, на глубинуL. Сопоставитьэффективностьобработки приразличныхпроцессахформообразованияв серийномпроизводстве:рассверливаниеи зенкерование.
| Вар. № | d1,Диам. заг., мм | d2, Диам.дет., мм | L Длина отв., мм | Шерох. | Маркаобраб. мат-ла | Механическиесвойства | Модель станка | |
sв,Мпа | НВ | |||||||
| 4 | 20 | 20,9 | 40 | Rz40 | Сталь40ХН | 700 | 207 | 2А125 |
Содержание:
Введение3
1. Анализпроцессаформообразованияповерхности.
1.1 Кинематическаясхема обработкии методы формообразованияповерхности.4
1.2 Конструкцияи геометрияинструмента.5
1.3 Технологическиеи физическиеразмеры сечениясрезаемогослоя.6
1.4 Типыстружек.7
1.5 Усадкастружки.8
1.6 Условияобразованиянароста.9
1.7 Составляющиесилы резания. 10
1.8 Температурарезания. 12
1.9 Характеризнашиванияи стойкостьинструмента. 14
1.10 Качествообработаннойповерхности. 16
1.11 Особенностипроцессаформообразования. 17
2 Назначениепараметроврежима резания
2.1 Кинематическаясхема резания 18
2.2 Выборинструментальногоматериала игеометрииинструмента. 19
2.3 Обоснованиепоследовательностиназначенияпараметроврежима резания. 22
2.4 Назначениеглубины резания. 22
2.5 Назначениеподачи. 22
2.6 Выборкритерия затупленияи периода стойкостиинструмента. 23
2.7 Расчетскоростирезания. 23
2.8 Расчетсоставляющихсилы резания. 24
2.9 Расчетмашинноговремени. 25
3. Сравнительнаяхарактеристиказаданных операций. 26
ПриложениеА 27
Введение.
Однимиз значимыхфакторов техническогопрогресса вмашиностроении,как и в другихотраслях, являетсясовершенствованиетехнологиипроизводства.Особенностьсовременногопроизводства– применениеновых конструкционныхматериалов.Обработка этихматериаловтребует совершенствованиясуществующихтехнологическихпроцессов исоздания новыхметодов, основанныхна совмещениимеханического,теплового,химическогои электрическоговоздействия.
Обработкарезанием являетсяи на многиегоды останетсяосновнымтехнологическимприемом изготовленияточных деталеймашин и механизмов.Трудоемкостьмеханосборочногопроизводствав большинствеотраслеймашиностроениязначительнопревышаеттрудоемкостьлитейных, ковочныхи штампованныхпроцессов,взятых вместе.Обработкарезанием имеетдостаточновысокую производительностьи отличаетсяисключительнойточностью.Нужно такжеучитыватьуниверсальностьи гибкостьобработкирезанием,обеспечивающиеее преимуществоперед другимиформообразованиями,особенно виндивидуальноми мелкосерийномпроизводствах.
Дисциплина“ПФИ” изучаетосновы резанияметаллов ивключает в себяизучение геометрииинструментов,виды инструментов,физическиеосновы процессоврезания, методыформообразования,расчет параметроврежимов резания.
1Анализ процессаформообразованияповерхности.
1.1Кинематическаясхема обработкии методы формообразованияповерхности
Кинематическаясхема шлифованиязубчатогоколеса червячнымкругом представленана рисунке 1.1.
Рисунок1.1.
Рисунок1.2. Схема образованияповерхности:
1.2 Конструкцияи геометрияинструмента.
Шлифовальныйинструмент– режущий инструмент,состоящий иззерен шлифовальногоматериала,сцементированныхв одно целоетем или инымсвязующимвеществом(связкой), применяемыйдля шлифованияматериалов.
Шлифовальныйинструментхарактеризуют:геометрическаяформа и размеры,материал, связка,зернистость,твердость,структура иконцентрациязерна.
В качествешлифовальныхматериаловприменяют:
природные– природныйалмаз, корунд,кремень и др.;
синтетические– синтетическийалмаз, кубическийнитрид бора,электрокорунд,карбид кремния,карбид бораи различныекомпозициииз них.
Шлифующиематериалыдолжны обладатьхимическойинертностьюк обрабатываемомуматериалу привысокой температуре,развивающейсяв зоне шлифования.В отдельныхслучаях этоусловие невыполняется.
Длязубошлифованиярекомендуетсяиспользоватькруги из белогоэлектрокорунда(24А) классов ААи А, которыеимеют меньшиеотклонениягеометрическойформы, а такжебольшую равномерностьтвердости именьший дисбаланс.
Рисунок1.3. Схема рабочегослоя шлифовальногокруга.
Режущаячасть шлифовальногокруга, изображеннаяна рисунке 1.3,характеризуетсяследующимипонятиями.
Наружнаяповерхность1 - поверхностьгеометрическиправильнойформы, проведеннаячерез вершинынаиболее выступающихзерен. Поверхностьсвязки 2– поверхностьгеометрическиправильнойформы, заменяющаяфактическуюповерхностьсвязки в межзерновомпространстве.Рабочийслой –слой, расположенныймежду наружнойповерхностьюкруга и поверхностьюсвязки. Рабочаяповерхность– любая поверхностькруга геометрическиправильнойформы, расположеннаяна одинаковыхрасстоянияхот наружнойего поверхностив пределахрабочего слоя.
Рабочаяповерхностькруга состоитиз отдельныхзерен, расположенныхв случайномпорядке, какизображенона рисунке, ине имеет сплошнойрежущей поверхности.Съем металлапроизводитсянаиболее выступающимикромками зерен.
Абразивноезерно в отличииот резца неимеет определеннойформы и егогеометрическиепараметрыколеблютсядовольно значительнов зависимостиот зернистости,например призернистости40 (размер зерна400мкм) среднийрадиус скругленияρ колеблетсяот 6,3 до 100 мкм, апри зернистостиот 2,8 до 56 мкм.
Работаабразивногозерна зависиттакже от формыи размера срезаемогометалла, в первуюочередь оттолщины среза.
1.3Технологическиеи физическиеразмеры сечениясрезаемогослоя.
Под срезомпонимаетсятолщина слоя,снимаемая однимшлифующимзерном – расстояниемежду поверхностямирезания, образованнымидвумя последовательнымиположениямивершины зерна,измеренноепо нормали кповерхностирезания.
Толщинысреза зависитот величиныподачи на глубину,зернистостиабразива, упругихдеформацийснимаемогоматериала,количестварежущих зерен,приходящихсяна единицурабочей поверхностикруга, и др.
Рисунок1.4. Направлениеизмерениятолщины снимаемогослоя однимзерном.
Когдаповерхностьюрезания являетсяповерхность,образованнаясемействомвинтовыхгипоциклическихкривых, толщинойсреза будетотрезок С1С2.Если траекториюрезания зерномпринять заокружность,то поверхностьюрезания будетцилиндрическаяповерхность,нормалью ккаждой точкекоторой будетрадиус, и внаправленииэтого радиусаследует измерятьтолщину срезаСС1.В связи с темчто окружнаяскорость кругаво много разбольше продольнойподачи, С1С2.практическине отличаетсяот СС1.
От толщиныслоя, снимаемогоодним шлифующимзерном, зависят:затуплениезерен, силарезания, развиваемаяодним зерном,шероховатостьшлифованнойповерхности,мгновеннаятемпературав зоне работызерна и др.
Беспорядочноерасположениешлифующих зеренна рабочейповерхностикруга обеспечиваетразличнуюконфигурациюи размеры срезов,снимаемыхотдельнымизернами.
Дляопределениятолщины срезаazприменяютследующуюобобщеннуюформулу, справедливуюдля основныхметодов шлифования:
,гдекоэффициентα имеет следующиезначения: 1 –для наружногокруглого шлифования;-1 – для внутреннегошлифования;0 – для плоскогошлифованияперифериейкруга. В заданномслучае α = 1.
υД– скоростьдвижения детали;
υкр– скоростьвращения круга;
tф– фактическаяглубина резания
lф– фактическоесреднее расстояниемежду шлифующимизернами.
D– диаметршлифовальногокруга;
d– диаметр детали;
В – фактическаяширина шлифуемойповерхности;
s– продольнаяподача
Изформулы следует,что толщинаслоя, снимаемаяодним шлифующимзерном, а следовательно,и нагрузка накаждое зернозависят от всехпараметровшлифования.УвеличениюυД,tф,lфи sсоответствуетувеличениюaz,но увеличениюυкрсоответствуетснижение az.Продольнаяподача значительновлияет на толщинуслоя, снимаемогоодним абразивнымзерном, причемстепень влиянияυДи sна azблизки междусобой. Экспериментальноеисследованиепроцесса шлифованияпоказывает,что величиныυД,s,t, значительновлияют и напроцесс шлифования– шероховатостьшлифованнойповерхности,стойкостькруга, силурезания и температурурезания. Влияниекруга и деталиявляется сложным.Уменьшениедиаметра кругапри υкр– constмало влияетна az.
1.4 Типыстружек.
Стружка- это деформированныйи отделенныйв результатеобработкирезаниемповерхностныйслой материалазаготовки.
Пришлифованиинаиболее типичнымиявляются триформы снимаемыхслоев – стружке:ленточные,запятообразныеи сегментообразные(рис. 1.5). Наиболеечасто встречаетсяленточнаястружка, толщинакоторой научастках 1, 2, 3, 4постепенновозрастает(рис 1.5, а). Режевстречаетсязапятообразнаястружка, котораяпри черновойобработкедеталей извязких сталейможет достигнутьзначительныхразмеров (рис1.5, б). При определенныхусловиях резаниязерном можетвозникнутьсегментообразнаястружка, с наибольшейтолщиной примернов средней еечасти (рис 1.5, в).
Рисунок1.5. Типы стружки,снимаемые пришлифовании.
В реальномпроцессе шлифованияосновная массаснимаемых слоевбудет иметьсамую различнуюпромежуточнуюформу.
Стружка,снимаемая впроцессе шлифования,располагаетсяв порах междушлифующимизернами и повыходе из зоныконтакта сдеталью выбрасываетсянаружу. Придостаточнобольшом сечениистружки, нонедостаточныхразмерах пормежду шлифующимизернами стружкаможет бытьнастольковдавлена впромежуткимежду зернами,что для ее отделениясила, развиваемаяструей охлаждающейжидкости, можетоказатьсянедостаточной.Отходы, образующиесяпри шлифовании,кроме стружки,содержит такжеистертую впорошок связкуи мельчайшиечастицы шлифующегозерна.
1.5 Усадкастружки.
В результатедеформациисрезаемогометалла обычнооказывается,что длиннасрезаннойстружки корочепути, пройденногорезцом.
Это явлениепрофессор И.А. Тиме назвалусадкой стружки.При укорочениистружки размерыее поперечногосечения изменяютсяпо сравнениюс размерамипоперечногосечения срезаемогослоя металла.Толщина стружкиоказываетсябольше толщинысрезаемогослоя, а ширинастружки примерносоответствуетширине среза.
Чем большедеформациясрезаемогослоя, тем большеотличаетсядлинна стружкиот длины пути,пройденногорезцом.
Усадкустружки можнохарактеризоватькоэффициентомусадки I,представляющимсобой отношениедлины путирезца Lк длине стружкиl:
.Накоэффициентусадки стружкиосновное влияниеоказывают роди механическиесвойства материаловобрабатываемойдетали, переднийугол инструмента,толщина срезаемогослоя, скоростьрезания и применяемаясмазочно-охлаждающаяжидкость.
Приобработкевязких металловусадка болеезначительна.При обработкехрупких, дающихстружку надлома,усадка почтиотсутствует,так как срезаемыйслой деформируетсянезначительно,и коэффициентусадки в этомслучае близокк единице.
С уменьшениемугла резания,увеличениемтолщины срезаи при большихскоростяхрезания уменьшаютсядеформациясрезаемогослоя и усадкастружки.Смазочно-охлаждающаяжидкости (СОЖ),снижающиевеличину коэффициентатрения, уменьшаюткоэффициентусадки стружки,причем эффектот влиянияжидкости темсильнее, чемменьше толщинасрезаемогослоя и скоростьрезания.
В заданномслучае усадкабудет иметьсреднее значение,так как обработкапроисходитна большихскоростях сочень малымитолщинамисрезаемогослоя.
Снизитьусадку можноприменениемСОЖ.
1.6 Условияобразованиянароста.
При резанииметаллов контактныйслой стружкипритормаживаетпереднейповерхностью,и образуетсязаторможенныйслой. В определенныхусловиях силытрения и адгезиистановятсябольше силывнутреннегосцепленияконтактногослоя с основноймассой стружки,произойдетостановкаконтактногослоя, и следующийслой стружкибудет двигатьсяпо нему. Из-захимическогосродства происходитеще большееторможение,в результатечего образуетсянарост.
Наростобладает особымисвойствами.Он имеет неоднороднуюструктуру,существенноотличающуюсяот структурыобрабатываемогоматериала иматериаларежущего инструмента.Тонкие слоинароста состоятиз сильнодеформированных,раздробленныхзерен металлас плохо выраженнойтекстурой.Нарост можетиметь разнуюформу и размеры.На рисунке 1.5изображенагеометриянароста:
Рисунок1.6. Геометриянароста.
Положительныестороны нароста:
обеспечиваетсяпроцесс резанияиз-за увеличенияугла γ;
наростзащищает переднююи заднюю поверхностиот износа.
Отрицательныестороны:
колебаниягеометрии исилы резанияиз-за нестабильнойвершины, чтоне благоприятновлияет нашероховатость;
вершинасрывается ипопадает наобработаннуюповерхность,снижает ееточность икачество.
Такимобразом, наростявляетсяположительнымфактором причерновой обработкеи отрицательнойпри чистовой.
Для ликвидациинароста следуетснижать шероховатостьповерхностиинструмента,применятьсоответствующиеусловиям обработкисмазочно-охлаждающиежидкости иподбиратьоптимальныережимы резания.
В данномпроцессе шлифованиянарост не образуется.
1.7 Составляющиесилы резания.
Силырезания пришлифованииявляются результатомвзаимодействиярабочей поверхностишлифовальногоинструментас обрабатываемойдеталью. В результатетакого взаимодействиярежущие элементышлифующих зеренснимают мельчайшиестружки и поэтомусилы, развиваемыеотдельнымизернами, являютсянезначительнымипо своей величине.Однако вследствиемассовогомикрорезаниябольшим количествомодновременноработающихзерен суммарныесилы резаниямогут достигатьзначительныхвеличин.
Пришлифованииразличают силырезания: шлифовальнымкругом (суммарную)(рис. 1.8) и однимшлифующим зубом(рис. 1.7).
Схемамикрорезанияпри поступательномперемещениицарапающегоэлемента, имеющегоокругленнуювершину радиусаρ, на которыйдействуетвнешняя силаР:
Рисунок1.7. Система силпри микрорезании.
Разлагаясилу Р на составляющиеPzи Py,устанавливаем,что сила Pzсрезает стружку,а сила Pyприжимаетцарапающийэлемент кобрабатываемойповерхности.На переднююповерхностьцарапающегоэлемента действуютэлементарныенормальныесилы (N1,N2,…,Nn)и элементарныереактивныесилы трения(T1,T2,…,Tn).
Рисунок1.8. Сила резанияР при шлифовании.
Суммарнаясила резанияР шлифовальнымкругом считаетсясоставленнойиз сил: нормальнойили радиальнойPy,тангенциальнойPzи подачи Px(рис. 1.8).
Результаты,полученныепри исследованиидинамики шлифования,используютсядля расчетов,связанных сопределениемточности обработки,мощности станков,необходимойжесткоститехнологическойсистемы СПИД,для аналитическогоопределенияинтенсивноститеплообразованияв зоне шлифованияи температурногополя в шлифуемойдетали и другихтехнологическихрешений.
Исследованияпозволилиустановитьзакономерностьизменения силырезания в процессешлифования.Такая закономерность,для силы Р приработе крегас затуплением,может характеризоватьсякривой АБВГ(рис. 1.9).
Рисунок1.9. Изменениевеличины силырезания в процессешлифования.
1 – с затуплениемкруга; 2 – ссамозатачиваниемкруга.
Как видноиз рисунка силырезания заметноменьше у шлифовальныхкругов с самозатачиванием.
При врезаниис постояннойили ускореннойподачей происходитдостаточноинтенсивноевозрастаниесилы и мощирезания (участокАБ). Интенсивностьувеличениясилы резанияна этом этапезависит в основномот режима шлифованияи жесткоститехнологическойсистемы СПИД.Такой рост силпо мере продолжительностишлифованияпервоначальнообъяснилитолько изменениемсостояниярабочей поверхностикруга, в основномизносом шлифующихзерен и увеличениемсил трениясвязки кругавследствиевыкрашиванияневыгодноориентированныхи слабо удерживаемыхна поверхностизерен. Болеепоздние исследованияпоказали, чтоэтот этапхарактеризуетсянеустановившимсярежимом съемаметалла, когдафактическаяглубина резаниянепрерывновозрастаетпо мере увеличениянатяга в системеСПИД. При установившемсясъеме металла,когда подачана глубинупрактическипостоянна,величина силырезания стабилизируется(участок БВ), авлияние другихфакторовнезначительно.
При наличиина детали исходныхнеточностейформы обусловленныхпредыдущимиоперациями,величина силрезания периодическиубывает иливозрастаетв соответствиис изменениемфактическойглубины резания.При затуплениишлифующих зерени засаливаниярабочей поверхностикруга силырезания резковозрастают(участок ВГ).
1.8 Температурарезания.
При обработкеметаллов резаниемв технологическойсистеме выделяетсябольшое количествотеплоты. Основнымиисточникамитеплоты являются:
работадеформациисрезаемогослоя металлаи работа силтрения на контактныхповерхностяхрежущегоинструмента,переходящиев теплоту резания;
подведеннаяэнергия (электрическая,плазменная,индукционнаяи т.д.), переходящаяв теплоту разогревасрезаемогослоя заготовки(при резаниитруднообрабатываемыхматериаловс подогревом);
работасил тренияконтактирующихтел станка(подшипников,зубчатых передач,направляющихи т.д.), переходящаяв теплоту трения.
Температураоказываетрешающее влияниена стойкостьинструментаи на точностьобработки.
Вобщем случаепод температуройрезания понимаютсреднюю температуруна поверхностиконтакта инструментасо стружкойи поверхностьюрезания.
Существуютследующиеметоды измерениятемпературярезания:
методпо цветампобежалости;
методтермокрасок;
методподведеннойтермопары;
методполуискусственнойтермопары;
методдвух резцов;
методбегущих илискользящихтермопар;
методестественнойтермопары.
Температурушлифуемойдетали измеряютпри помощитермопар поструктурнымизменениямв поверхностномслое шлифуемойдетали и дистанционныхдатчиков. Наиболеешироко применяетсяизмерениетемпературыпри помощиискусственныхи полуискусственныхтермопар (рис.1.10).
Рисунок1.10. Термопары:
а –искусственная;б – полуискусственная;1 и 2 – проводники;3 – электроизоляция(слюда); 4 – прибордля регистрациитермо-Э.Д.С.
При шлифованиився механическаямощность микрорезанияпреобразуетсяв тепловую, таккак лишь незначительнаячасть мощностипереходит вскрытую энергиюизмененийкристаллическойрешетки обрабатываемогоматериала.Наибольшееколичествотеплоты (до80%) переходитв обрабатываемуюдеталь и наименьшаятеряется врезультатеизлучения.
С увеличениемнагрузки назерно в зонеего работывыделяетсябольшее количествотеплоты в единицувремени и этообеспечиваетрост температуры.Нагрузка назерно появляетсяпри увеличенииокружной скоростидетали и подач.Отдельныепараметры(скорость резанияи др.) оказываютсложное влияниена тепловыеявления пришлифовании.Например, приувеличениискорости резаниятолщина срезаемогослоя снижается,но растет числотепловых импульсовпри одновременномсокращениивремени ихдействия иизмененииусловий тренияшлифующих зеренпо обрабатываемомуматериалу. Врезультатевзаимодействиявсех этих факторов,с увеличениемскорости резания,температурашлифуемойдетали повышается.
Температурапри шлифованииснижается какпри уменьшениимощности источниковтеплообразования,так и при повышенииинтенсивноститеплоотвода.Для этой целиимеются основныепути: 1) технологические– выбор оптимальнойсхемы шлифования,характеристикшлифовальногокруга, режимовобработки,рациональныхСОЖ и др.; 2) конструктивные– применениеэффективныхконструкцийкругов дляконкретныхусловий обработки,совершенствованиеустановок дляочистки и охлажденияСОЖ и др.
Для отводатепла из зонышлифованияв основномприменяютсяСОЖ.
1.9 Характеризнашиванияи стойкостьинструмента.
Износрабочей поверхностикруга при шлифованииявляется сложнымфизико-химическими механическимпроцессом,протеканиекоторого зависитот всех условийобработки:характеристикикруга, свойствобрабатываемогоматериала,режима резанияи др.
В зависимостиот свойствшлифовальныхкругов и условийобработки кругимогут работатьс самозатачиваниеми с затуплением.
Затуплениекруга наступаетв результатеобламыванияневыгоднорасположенныхшлифующихзерен, последовательногоих расщепленияи образованияплощадок износа,когда зернатеряют своирежущие свойства.
Самозатачиваниекруга заключаетсяв том, что помере затупленияшлифующих зеренвозросшеесопротивлениерезания вырываетзерна из связки,которая выкрашивается;в работу вступаютновые зерна,в результатечего рабочаяповерхностькруга непрерывнообновляется.
В начальныйпериод работыкруга на вершинахзерен образуютсяплощадки износа,которые непрерывновозрастаюти обеспечиваютвлияние условий,действующихна зерна, чемусоответствуетусилие разрушениязерна и связки.
Рисунок1.11. Основные видыизноса шлифовальногокруга.
В зависимостиот условийшлифованияразличаютследующиеосновные видыизноса (рис.1.11):
истираниережущих элементовшлифующихзерен с образованиемна них площадокс большей илименьшей шероховатостью(рис. 1.11, а);
микроразрушениезерен с отделениемот них небольшихчастиц (рис.1.11, б);
разрушениезерен с отделениемот них небольшихчастиц, соизмеримыхс размеромзерна (рис. 1.11,в);
полноевырываниезерен из связки(рис. 1.11, г);
разрушениев результатепротеканияхимическихреакций в зонеконтакта зернас обрабатываемымматериаломпри высокихтемпературах,развивающихсяв зоне шлифования(рис. 1.11, д);
забиваниепромежутковмежду зернамистружкой ипродуктамиизноса (рис.1.11, е).
Моментудаления зернас рабочей поверхностикруга определяетсястепенью износазерна, динамикойпроцесса ипрочностнымисвойствамисвязки. В рядеслучаев в износашлифующих зеренпревалирующимявляется хрупкийизнос, что связанос природойзерна.
При высокихтемпературахшлифования,снижающихтвердостьматериалашлифующихзерен, процессизноса зеренявляется интенсивным.Процесс адгезионногоизноса характеризуетсякратерами,образующимисяна поверхностизерна, свидетельствующихоб отрыве илисрезе его отдельныхчастиц.
Интенсивностьизноса шлифующихзерен резковозрастаетпри наличиихимическогосродства междузерном и обрабатываемымматериалом.Для железоуглеродистыхсплавов предпосылкамик диффузионномуизносу являютсявысокие температурыв зоне шлифования,легкость растворенияуглерода вжелезе, перепадконцентрацииуглерода междушлифующимзерном и обрабатываемымметаллом иконтакт ихювенильныхповерхностей.Износ круговсущественновлияет на точностьи качествоповерхностногослоя шлифуемыхдеталей.
1.10 Качествообработаннойповерхности.
Для надежнойработы большоезначение имеетшероховатостьобработаннойповерхности,характеризуемаявеличиной еемикронеровностей,и качествоповерхностногослоя, характеризуемогоего состоянием.
Формированиемикрогеометрииповерхностии качестваповерхностногослоя являетсясложным физическимпроцессом сактивным химическимвзаимодействиемвсех материалов,находящихсяв зоне обработки.В этом случаемногое являетсярезультатомкопированиятраекториймассовогоперемещенияшлифующих зеренкруга относительнообрабатываемойдетали.
В результатедействия шлифующихзерен на поверхностныйслой деталинаноситсяогромное числомикроцарапин,формирующихмикропрофиль.
Установившаясяшероховатостьшлифованнойповерхности,зависящая отгеометрическихпараметрови вибрацийсистемы СПИД,формируетсяпосле многихпроходов кругапо определенномуучастку детали.
Нарядус шероховатостьюшлифованнойповерхностибольшое значениеимеет такжеее волнистость,представляющаясобой сочетаниепериодических и апериодическихвыступов ивпадин. Наобразованиеволнистостишлифованнойповерхностипри чистовойобработкенаиболее активновлияют колебанияобрабатываемойдетали, шлифовальнойбабки, шлифовальногокруга и егонекруглость.Существенноезначение оказываеттакже отношениескоростейдетали и круга,их размеры,число проходови сдвига фазволн при последующихпроходах.
Наиболеевысокие эксплуатационныесвойства шлифованнойдетали могутбыть полученыпутем созданиянаивыгоднейшихусловий обработки(характеристикикруга, режимарезания и др.).Подбирая требуемымобразом условияшлифования,можно обеспечитьнаиболееблагоприятноераспределениенапряженийв детали, напримеррастягивающиенапряжениязаменить насжимающие. Витоге можноповыситьизносостойкостьдеталей.
Благоприятноевлияние нашероховатостьоказываетокружная скоростьшлифовальногокруга. С ееувеличениемшероховатостьшлифованнойповерхностисущественноснижается. Этообъясняетсякак уменьшениемтолщины слоя,снимаемогоодним зерном,так и возрастаниемколичестватеплоты в зонедействия каждогозерна.
Шероховатостьповерхностизубьев колеспосле их шлифованиядолжна находитсяв пределахзначений высотымикронеровностейRaот 0,20 – 0,80 мкм взависимостиот требованийэксплуатации.
1.11 Особенностипроцессаформообразования.
Послевсего вышеизложенного,можно выделитьследующиеособенностипроцесса шлифования:
каждоеабразивноезерно участвуетв работе в течениене всего времениобработкидетали – прерывистоерезание.
втечение всеговремени обработкидетали размерыи площадь сечениясрезаемогослоя изменяются.
условияудаления стружкииз зоны резания,для банноговида обработки,благоприятны.
условияподвода СОЖв зону резанияблагоприятны.
жесткостьтехнологическойсистемы приданном видеобработкидостаточна.
кинематическиеуглы изменяютсяв процессеработы.
Шлифовальныекруги, режимырезания назначаютисходя из конкретныхусловий обработки.При повышенныхтребованияхк шероховатостиповерхностиприменяют кругис меньшим номеромзернистости,при шлифованиизубчатых колессиловых передачприменяют кругизернистостьюдо 40. В остальныхслучаях номерзернистостивыбирают, исходяиз требованийчертежа детали.
2 Назначениепараметроврежима резания
Задание:
Обработатьотверстиедиаметром d1,полученноепосле штамповки,до диаметраd2,на глубину L.Сопоставитьэффективностьобработки приразличныхпроцессахформообразованияв серийномпроизводстве:рассверливаниеи зенкерование.
Таблица1. Исходные данные.
| Вар. № | d1,Диам. заг., мм | d2, Диам.дет., мм | L Длина отв., мм | Шерох. | Маркаобраб. мат-ла | Механическиесвойства | Модель станка | |
sв,Мпа | НВ | |||||||
| 4 | 20 | 20,9 | 40 | Rz40 | Сталь40ХН | 700 | 207 | 2А125 |
2.1 Кинематическаясхема резания
Кинематическиесхемы рассверливания(рис. 2.1) и зенкерования(рис. 2.2):
Рисунок2.1. Кинематическаясхема рассверливания.
след– след.
Рисунок2.2. Кинематическаясхема зенкерования.
след– след.2.2 Выборинструментальногоматериала игеометрииинструмента.
Восновном, сверладелают избыстрорежущихсталей. Твердосплавныесверла делаютдля обработкеконструкционныхсталей высокойтвердости(45...56HRC), обработкечугуна и пластмасс.Исходя из твердостиобрабатываемогоматериала –207 НВ, принимаемрешение обприменениисверла избыстрорежущейстали Р6М5 ГОСТ19265-73. Крепежнуючасть сверлаизготовим изстали 40Х (ГОСТ454-74).
Рисунок2.3. Спиральноесверло.Заднийугол .Величина заднегоугла на сверлезависит отположениярассматриваемойточки режущеголезвия. Заднийугол имеетнаибольшуювеличину усердцевинысверла и наименьшуювеличину - нанаружном диаметре.
Переднийугол. Такжеявляется величинойпеременнойвдоль режущеголезвия и зависит,кроме того, отугла наклонавинтовых канавоки угла при вершине2.Передняя поверхностьна сверле незатачиваетсяи величинапереднего углана чертеже непроставляется.
Рисунок2.4. Геометрическиепараметрывинтовогосверла.
Кинематическиеуглы рассчитываютсяпо следующимформулам:
гдеαХ– статическийзадний уголв данной точке;
S0– подача наоборот, мм/об;
ρ – радиусв данной точке,мм.
Статическиеуглы тоженепостоянны.
Приобработкесталей, экономическивыгодно использоватьзенкер из следующихмарок быстрорежущихсталей Р18, Р6М5Ф3,Р6М5, Р9К10, Р10К5Ф5 ит.д. Выбираеммарку быстрорежущейстали Р6М5, ГОСТ19256-73. Для экономиибыстрорежущейстали, зенкерделают составнымнеразъемным,сваренным, спомощью контактнойсварки оплавлением.Хвостовикизготавливаютиз стали 40Х ГОСТ454-74.
Рисунок2.5. Зенкер цельный.Кинематическиеуглы α и γ зависятот того, в какойчасти режущейкромки ихрассматривать.Это объясняетсятем что приодной и той жеподаче скоростьрезания в разныхточках разная,так как онинаходятся наразных расстоянияхот оси зенкера.Таким образом,результирующийвектор в каждойточке имеетсвое направление.
Рисунок2.5. Изменениекинематическихуглов зенкера.Кинематическиеуглы рассчитываютсяпо следующимформулам:
гдеαХ– статическийзадний уголв данной точке;
S0– подача наоборот, мм/об;
ρ – радиусв данной точке,мм.
2.3Обоснованиепоследовательностиназначенияпараметроврежима резания.
Объем материала,срезаемый вединицу временис заготовкиопределяетсяпо формуле:
,где υ– скоростьрезания, м/мин;
s-подача, мм/об;
t– глубина резания,мм.
При возрастаниикаждой составляющейрастет производительностьтруда, однакоснижаетсястойкостьинструмента.
Так какглубина резанияоказываетсянаименьшеевлияние натемпературурезания и стойкость,ее назначаютв первую очередьмаксимальновозможной.
Во вторуюочередь назначаютподачу, так какона оказываетбольшее влияниена стойкость,чем глубина,но меньшее, чемскорость.
Скоростьназначают впоследнююочередь, таккак она оказываетнаибольшеевлияние настойкостьинструмента.
2.4Назначениеглубины резания.
С цельюпроизводительноститруда глубинурезания назначаютмаксимальновозможной.Ограничениямиявляются мощностьоборудования,габариты режущейповерхности,жесткостьтехнологическойсистемы, точностьи качествообработки.
Глубинарезания:
,гдеD– диаметробработанногоотверстия, мм;
d– диаметробрабатываемогоотверстия ,мм.
мм.2.5 Назначениеподачи.
Векторподачи зависитот вида обработки:черновая иличистовая.
При черновойобработкеподача ограничиваетсяпрочностьюинструментаи мощностьюмеханизма подачстанка. Причистовой –точностьюобработки икачествомобработаннойповерхности.
Принимаемподачи /5/:
ДлярассверливанияSp= 0,8 мм/об.
ДлязенкерованияSЗ= 0,7 мм/об.
2.6Выбор критериязатупленияи периода стойкостиинструмента.
В результатедействия силтрения сверлаи зенкеры впроцессе резанияизнашиваются.
Сверлаиз быстрорежущейстали могутизнашиватьсяпо задним ипереднимповерхностям,по ленточками по уголкам.Зенкеры изнашиваютсяподобно сверлам(по тем же поверхностям).
При достиженииустановленнойвеличины износаинструментызатачиваютдля восстановленияих режущихсвойств. Заточкасверл и зенкеровпроизводитсяпо главнымзадним поверхностямна специальныхзаточных станкахили приспособлениях.
Средниепериоды стойкостисверл и зенкеровпринимаютсяиз справочныхтаблиц.
Длярассверливания:ТР= 45 мин.
ДлязенкерованияТЗ= 30 мин.
2.7Расчет скоростирезания.
Длярассверливания:
гдеCV– постоянныйкоэффициент;
Т – стойкость,мин;
t– глубина резания,мм;
S– подача, мм/об;
m,x,yи q– показателистепеней;
Kmv– коэффициент,учитывающийматериал заготовки;
Kuv– коэффициент,учитывающийсостояниеповерхности;
Kuv– коэффициент,учитывающийинструментальныйматериал.
Значениявсех составляющихберутся из /4/.
м/минДлязенкерования:
,
м/мин.Частотавращения:
об/мин.ПринимаетсяnP= 400 об/мин.
об/мин.Принимаетсяnз= 250 об/мин.
Фактическиескорости резания:
м /мин;
м/мин.2.8Расчет составляющихсилы резания.
Рассчитываетсякрутящий момент.
Длярассверливания:
кг м.Длязенкерованиярассчитываетсякрутящий момент:
,
кг м.гдеZ– число зубьевзенкера (Z= 3);
Sz– подача назуб, мм/зуб.
М
Здесьвроде бы неверно,но у меня прокатило!
ощность приводовглавного движения:
квт; 
квт.2.9Расчет машинноговремени.
гдеlAX– длинна рабочегохода, мм;
yи y1– величинаврезания иперебега.
Следуетпринять y1= 3 мм; yP= 1мм; yЗ= 2 мм.
Sm– минутнаяподача, мм/мин.
мм/мин; 
мм/мин.
мин; 
мин.3.Сравнительнаяхарактеристиказаданных операций.
Из расчетовв разделе 2 видно,что с точкизрения энергозатрати производительности,зенкерованиевыгоднеерассверления.Но учитывая,что стоимостьсверл меньшестоимостизенкеров, акачестворассверливанияудовлетворяетзаданномукачеству обработки,можно сделатьвывод, что дляданной обработкинаиболее выгоднои рациональноприменитьоперациюрассверливания.Тем более, чтостандартныхзенкеров диаметром20,9 нет, так чтонужен специальный.
ПриложениеА
Литература:
БобровВ.Ф. Основы теориирезания металлов.1975.
МасловЕ.Н. Теорияшлифованияматериалов.1974.
Технологияобработкиконструкционныхматериалов.Под редакциейПетрухи П.Г.1991.
СильвестровБ.Н. Зубошлифовальныеработы. 1985.
Справочниктехнолога –машиностроителя:В 2-х томах. /Подред. КосиловойА.Г. МещеряковаР.К/ 1985.
Лист | ||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | ||