Перечислите требования, предъявляемые к инструментальным материалам.. Вариант 30. Перечислите требования, предъявляемые к инструментальным материалам
 Скачать 46.28 Kb.
|
|
Вариант 30 Данные
Тип обработки: Точение. Задание 1. Перечислите требования, предъявляемые к инструментальным материалам. 1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость. Твердость инструментального материала должна быть выше твердости обрабатываемого не менее чем в 1,4 - 1.7 раза. 2. При резании металлов выделяется значительное количество теплоты, и режущая часть инструмента нагревается. Поэтому, инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью. Способность материала сохранять высокую твердость при температурах резания называется теплостойкостью. Для быстрорежущей стали – теплостойкость еще называют красностойкостью (т.е. сохранение твердости при нагреве до температур начала свечения стали) Увеличение уровня теплостойкости инструментального материала позволяет ему работать с большими скоростями резания. Для обеспечения работоспособности металлорежущего инструмента необходимо изготовлять его рабочую часть из материала, обладающего комплексом определенных физико-механических свойств (высокими показателями твердости, износостойкости, прочности, теплостойкости и др.). Материалы, отвечающие требованиям этого комплекса и способные осуществлять резание, называются инструментальными материалами. Рассмотрим физикомеханические свойства инструментальных материалов. Чтобы внедриться в поверхностные слои обрабатываемой заготовки, режущие лезвия рабочей части инструментов должны быть выполнены из материалов, имеющих высокую твердость. Твердость инструментальных материалов может быть природной (т. е. свойственной материалу при его образовании) или достигнута специальной обработкой. Например, инструментальные стали в состоянии поставки с металлургических заводов легко поддаются обработке резанием. После механической обработки, термообработки, шлифования и заточки инструментов из стали их прочность и твердость резко повышаются. В процессе резания на рабочую часть инструментов действуют силы резания, достигающие 10 кН и более. Под действием этих сил в материале рабочей части возникают большие напряжения. Чтобы эти напряжения не приводили к разрушению инструмента, используемые для его изготовления инструментальные материалы должны иметь достаточно высокую прочность. Опишите свойства и области применения быстрорежущих сталей и твердых сплавов и пути их совершенствования. Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются. Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости. Свойства быстрорежущей стали следующие: Высокая твердость. Рассматривая основное назначение подобного металла следует учитывать, что он может использоваться для обработки деталей или заготовок путем резания. Как показывают проведенные тесты, качественная быстрорежущая сталь сохраняет свои основные эксплуатационные качества при нагреве инструмента даже до температуры 6000 градусов Цельсия. Кроме этого быстрорежущая сталь обычного качества может иметь даже меньшую твердость в сравнении с обычным углеродистым металлом. Повышенная стойкость к высокой температуре. Устойчивость к воздействию повышенной температуры определяет то, как долго инструмент сможет работать без изменения своих эксплуатационных качеств. Из-за слишком высокого показателя трения металл может нагреваться, что становится причиной изменения кристаллической решетки. В результате основные свойства быстрорежущей стали могут существенно измениться. Как правило, нагрев становится причиной повышения пластичности и снижения твердости, за счет чего износ поверхности проходит намного быстрее. Устойчивость к разрушению. Режущий инструмент, который может работать на высокой скорости, должен обладать повышенной механической устойчивостью. Кроме этого инструмент может работать при высоком показателе подачи, что позволяет работать на большой глубине резания. Область применения достаточно обширна: Изготовление сверл. Сверла имеют достаточно сложную форму и конструкцию, которая получается путем литья. Изготовление резцов. Сегодня для удешевления резцов их основная часть изготавливается из недорого металла, и только режущая кромка из износостойкого материала. Изготовление напаек для режущего инструмента. В некоторые случаях режущая кромка сменная. Изготовление фрез. Фрезы также получаются методом литья расплавленного металла. Материал может использоваться для получения инструмента, который будет выдерживать высокую нагрузку. Сегодня, при повсеместной установке станков с ЧПУ, режущий инструмент повышенной устойчивости является единственным выходом из сложившейся ситуации, когда высокие скорости обработки создают проблемы. Пути их совершенствования. Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок. После того, как обработка быстрорежущей стали была завершена, в сплаве остается до 30% аустенита, что существенно повышает теплопроводность и твердость. Кроме этого улучшение характеристик проводится следующим образом: Проводится насыщение поверхностного слоя цинком. Для того чтобы оказать требуемое воздействие на поверхность подобная операция предусматривает нагрев поверхности до 5600 градусов Цельсия. Выдержка может проходить в течение от 5 до 30 минут. Также может происходить насыщение поверхности азотом. Чаще всего подобная процедура проводится в газовой среде. Выдерживается заготовка или деталь в течении 10-40 минут, температура нагрева варьирует в пределе 550-6600 градусов Цельсия. В некоторых случаях химический состав металла изменяется путем сульфидирования поверхности. Подобным образом можно повысить твердость и прочность поверхности. В качестве дополнительной обработки на поверхность напыляется различный материал. За счет этого существенно изменяются эксплуатационные качества инструмента или детали. Сегодня часто встречается ситуация, когда поверхность обрабатывается паром, что позволяет существенно повысить характеристики поверхностного слоя. Зачастую дополнительная обработка проводится в случае, когда режущая кромка была полностью подготовлена. Твердые сплавы К твердым сплавам относится отдельная группа соединений, которые способны сохранять свои свойства при достаточно высоких температурах, длительном механическом воздействии на другие материалы. Даже при достижении температуры в 1150 °C твердый сплав сохраняет все физические и механические свойства. Они изготавливаются из тугоплавких металлов, обладающих повышенной твердостью. Характерные особенности Характерной особенностью получения подобных соединений является применение специфических технологических процессов. Таким процессом является специальное прессование. Он осуществляется тщательным перемешиванием металлических порошков с добавлением порошкового кобальта. Затем производится процесс так называемого термического спекания. Применяют высокотемпературное сплавление специальной шихты. Такая шихта состоит из большого числа компонентов. В нее входят: вольфрам, кобальт, битое стекло, кокс, легирующие добавки, например, хром. К физико — механическим характеристикам относятся: допустимая прочность, которая проверяется при помощи изгиба (изменяется от 1200МПа ВК2, до 2150 МПа для сплава ВК25); твердость (возрастает от 89,5HRA — ВК3, достигает величины 91 HRA — ТТ20К9); плотность (этот показатель колеблется от 14,9г/см3 до 15,2г/см3); реализуемая теплопроводность — около 51 Вт/(м×°С); жаропрочность; коррозийная стойкость. Приведенный перечень характеристик позволяет определить область использования. Перечень основных направлений использования выглядит следующим образом: изготавливают сверла, фрезы, резцы и другой инструмент металлорежущий инструмент; отдельные детали мерительного инструмента; изготовление специальных клейм, различных штампов; инструментов для вырубки; отдельных элементов станков для волочения и проката; инструменты для горнодобывающей техники; элементы износостойких подшипников; напыление на стальные корпуса подшипников; оборудование для рудообогатитегтных фабрик; напыление на поверхности деталей из более мягких материалов. Это позволяет значительно улучшить твердость, жаропрочность, коррозийную стойкость. Пути их совершенствования. Примеры повышения свойств твердых сплавов: получение сплавов с применением особомелкозернистого вольфрама и карбида вольфрама использование вакуума в производстве твердых сплавов применение новых высокопроизводительных процессов и оборудования неразрушающие методы контроля структуры и свойств твердых сплавов некоторые дополнительные меры: термообработка, различные виды обработки поверхности твердых сплавов и т.д. Задание 2 Охарактеризовать силы, возникающие при резании металлов При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к резцу. Под действием этой силы в зоне образования стружки возникают силы Ру1 (упругая деформация) и Рпj (пластическая деформация), действующие нормально к передней поверхности резца, и силы Ру2 и Рп2, действующие нормально к задней поверхности резца (рис. 21.10, а). Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения Tj = fij(Pyi + Pn,) и Тг = ц2(Ру2 +Рп2), действующих соответственно вдоль передней и задней поверхности резца. R= Ру1 + Ру2 +Рп1 +Рп2 +Т, +Т2. Главная составляющая силы резания Рг совпадает по направлению со скоростью главного движения резания в вершине лезвия. По сйле Рг определяют мощность станка, необходимую для обеспечения процесса резания, рассчитывают на прочность детали и узлы коробки скоростей, прочность режущего инструмента. Радиальная составляющая силы резания Ру направлена по радиусу вращательного движения резания к вершине лезвия (перпендикулярно оси заготовки). По силе Ру определяют прогиб детали, жесткость станка. Эта сила, определяя деформацию детали и инструмента в радиальном направлении, влияет на точность обработки. Осевая составляющая силы резания Рх действует параллельно оси главного вращательного движения резания. По силе Рх рассчитывают механизм продольной подачи станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца. Чем больше площадь поперечного сечения срезаемого слоя металла, выше прочностные характеристики обрабатываемого материала, тем больше силы резания. При увеличении скорости резания силы несколько снижаются за счет повышения температуры резания и изменения условий трения между стружкой и инструментом. Влияние различных факторов на силы резания весьма сложно, поэтому для их определения используют обобщенные эмпирические формулы, учитывающие конкретные условия обработки. Посчитать величину составляющей силы резания Pх при заданных условиях. Сила резания R – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент. Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы - тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px. Сила Px называется осевой силой, или силой подачи. Она действует в горизонтальной плоскости в направлении, противоположном подаче, и стремиться отжать резец в этом направлении. При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле  где: Сp; xp; yp; np - эмпирические коэффициент и показатели степени.
Kp = KMv·Kпv·Kиv - поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.  Kp = 0,83 ·1·0.8=0,66 Определим фактическую скорость   Определим силу резания.  1,2=2297,5 HДля определения силы Px существуют аналогичные эмпирическая формула. Однако для упрощения и ускорения расчётов рекомендуется принимать по следующим соотношениям Px=(0,1...0,25) · Pz, Px=.0,2 · 1860=574,4 H. Построим графики для выяснения зависимостей осевой силы (Px) от переменных показателей (V,s, t).
Задание 3 Геометрические параметры режущей части резца. Режущая часть резца имеет форму клина, заточенного под определенным углом. Для определения углов резца устанавливаются исходные плоскости: плоскость резания и основная плоскость. Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку. Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению. Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости, т. е. в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на основную плоскость. К главным углам резца относятся задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания. Главным задним углом a называется угол между касательной к главной задней поверхности резца в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью резания. При плоской задней поверхности резца можно сказать, что а — угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Задние углы уменьшают трение задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность. Углом заострения называется угол между передней и главной задней поверхностями резца. Главным передним углом называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку. Он может быть положительным когда передняя поверхность направлена вниз от плоскости, перпендикулярной плоскости резания; равным нулю. когда передняя поверхность перпендикулярна к плоскости резания и отрицательным , когда передняя поверхность направлена вверх от плоскости, перпендикулярной плоскости резания. Положительный передний угол делается для облегчения процесса резания (стружкообразования) и более свободного схода стружки по передней поверхности. Углом резания называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. Кроме рассмотренных главных углов, резец характеризуется углами: вспомогательными задним и передним в плане и наклона главной режущей кромки. Вспомогательным задним углом называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Вспомогательный задний угол измеряется во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость. В этой же плоскости рассматривается и вспомогательный передний угол. Главным углом в плане называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Угол делается для того, чтобы главная режущая кромка могла воздействовать на глубину срезаемого слоя; он влияет на износостойкость резца. Вспомогательным углом в плане называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи; он делается для исключения трения на большей части вспомогательной, режущей кромки. Углом при вершине в плане называется угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость; Углом наклона главной режущей кромки называется угол, заключенный между режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Различие статических и кинематических углов резца. Статические углы используются при разработке чертежа инструмента, при его заточке и контроле. Кинематические углы резца образуются в процессе резания и зависят от параметров режима резания (главным образом – от величины подачи). Статические углы токарного резца измеряются в статической системе координат, а кинематические – в кинематической системе координат. И статическая, и кинематическая системы координат связаны с кинематикой резца. Определите кинематический передний и задний углы при данных условиях. Для определения кинематических углов, необходимо сначала определить статические углы резца. Предположим, что резец установлен по оси заготовки. γс= 5 αс=10 Тогда углы в кинематике: γк= γс+η αк= αс-η  γк= 5+0.23=5.23  αк= 10-0.23=9.87 Резец установлен ниже оси заготовки на 1,5 мм  4,3 γк= γс-η αк= αс+η γк= 5-4.3=0.7 αк= 10+4.3=14.3 Резец установлен выше оси заготовки на 1,5 мм 4,3 γк= γс+η αк= αс-η γк= 5+4.3=9.3 αк= 10-4.3=5.7 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Аршинов В.А. Резание металлов и режущих инструментов / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев – М: Машиностроение, 1975 – 440 с. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов / В.Ф. Бобров - – М: Машиностроение, 1975 – 334 с. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов/ В.Н. Подураев- М: Высшая школа, 1974 – 590 с. Развитие науки о резании металлов / Н.Н. Зорев, Г.И. Грановский, М.Н. Ларин и др. ; под Ред. Н.Н. Зорева– М: Машиностроение, 1967 – 416 с. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания / А.Д. Макаров– М: Машиностроение, 1976 – 278 с. Яшерицын П.И. Теория резания: учебник для вузов П.И. Яшерицын – Минск: Новое издание, 2005 – 512 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
