Курсовая работа обработка вала. Вал 30ХГСА. Процесс обработки изделия в общем виде

• Название: Процесс обработки изделия в общем виде
• Анкор: Курсовая работа обработка вала
• Дата: 22.01.2020
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: Вал 30ХГСА.docx
• Тип: Документы; #105376
• страница: 6 из 12

2. Характеристики обрабатываемого материала

2.1 Группы обрабатываемости. Отличия и особенности их обработки.

Все обрабатываемые материалы группируются определенным образом, и в соответствии с принадлежностью к той или иной группе осуществляется выбор геометрии режущего инструмента, марки сплава и режимов резания.

Обрабатываемые материалы подразделяют, в соответствии со стандартом ISO, на шесть основных групп. Материалы каждой группы характеризуются уникальными свойствами в отношении обрабатываемости резанием.

ISO P – Сталь. Самая большая по составу группа материалов, включающая различные сорта стали - от нелегированных до высоколегированных, включая стальные отливки, ферритную и мартенситную нержавеющую сталь. Как правило, материалы данной группы имеют хорошую обрабатываемость, но это зависит от твёрдости стали и процентного содержания в ней углерода.

ISO M – Нержавеющая сталь. Сплавы с содержанием хрома не менее 12%; некоторые сплавы могут содержать никель и молибден. Различают различные виды нержавеющей стали. Например, ферритная, мартенситная, аустенитная и аустенитно-ферритная (дуплексная) сталь. Характерной особенностью для обработки всех этих сталей является интенсивный термический износ режущих кромок, износ в виде образования проточин и наростообразования.

ISO K – Чугун. В отличие от стали, дает короткую, сыпучую стружку. Серые чугуны (GCI) и ковкие чугуны (MCI) обрабатываются довольно легко, а чугун с шаровидным (NCI) и вермикулярным (CGI) графитом и отпущенный ковкий чугун (ADI) поддаются обработке сложнее. В состав любого чугуна входит карбид кремния (SiC), что определяет абразивный характер износа режущей кромки.

ISO N – Цветные металлы. Алюминий, медь, латунь и другие цветные металлы гораздо мягче черных. Алюминий с 13% содержанием кремния является абразивным материалом. В общем, цветные металлы обрабатывают инструментом с острыми режущими кромками с высокой скоростью резания и продолжительным периодом стойкости.

ISO S – Жаропрочные сплавы. К данной группе относится большое число высоколегированных материалов на основе железа, никеля, кобальта
и титана. Все они достаточно вязкие, поэтому их обработка сопровождается наростообразованием на инструменте и выделением большого количества
тепла, к тому же для них характерно упрочнение в процессе резания. По свойствам данные сплавы схожи со сталями группы ISO M, но они гораздо труднее поддаются резанию, что объясняет небольшой срок службы режущих пластин.

ISO H – Материалы высокой твердости. В эту группу входят стали твёрдостью 45-65 HRС, а также отбелённый чугун твёрдостью 400-600 HB. Высокое значение твёрдости делает их трудно поддающимися обработке. Эти материалы в процессе резания выделяют много тепла и абразивны по отношению к режущей кромке.

При резании различных материалов образуются основные типы стружек:

а) сливные – получается при обработке с высокой скоростью мягкой стали, меди, свинца, олова. Эта стружка имеет вид длинной без зазубрин ленты или полоской спирали;

б) скалывания - подходит для данной стали (30ХГСА) состоит из отдельных элементов, связанных друг с другом и имеет пилообразную поверхность. Такая стружка образуется при обработке твердой стали и некоторых видов латуни с малыми скоростями резания и большими подачами. С изменениями условий резания стружка скалывания может перейти в сливную и наоборот;

в) надлома - образуется при резании металлопластичных материалов (чугун, бронза) и имеет вид отдельных вырванных кусочков.



Рис.8 – Схемы образования разных видов стружки

2.2 Особенности обработки стали 30ХГСА

Сталь 30хгса относится к классу легированной конструкционной стали. Химический состав стали 30ХГСА: 0,28…0,34% углерода, 0,9…1,2% кремния, 0,8… 1,1% марганца, до 0,3% никеля, до 0,025% серы, до 0,025% фосфора, 0,8…1,1% хрома и до 0,3% меди.

Хром придает стали 30хгса прочность и делает ее устойчивой у коррозии. Марганец увеличивает сопротивление ударным нагрузкам, дополнительно усиливая прочность сплава, а также способствует износостойкости стали 30хгса. Добавление кремния необходимо для увеличения показателя ударной вязкости.

Легированная сталь 30ХГСА относится к разряду улучшаемых, то есть подвергается процедуре закалки при температуре от 550 до 660 °С.

При применении стали 30ХГСА следует учитывать ряд свойств данного материала:

- коррозионная стойкость низкая. При длительном воздействии высокой влажности на поверхности может появится коррозия. Это качество следует учитывать при выборе стали;

- высокая пластичность, так как относительное удлинение составляет 11%. Она является существенным свойством металла, так как такая деталь как вал несет знакопеременную нагрузку;

- материал характеризуется высокой устойчивостью к переменным нагрузкам. Предел выносливости при испытании может изменятся в зависимости от температуры окружающей среды;

- показатель твердости по шкале Роквелла для материала, не прошедшего термообработку, составляет 50 единиц;

- механические свойства не изменяются при температуре до 400 градусов Цельсия. Эксплуатация при более высокой температуре не допускается, так как это приведет к повышению пластичности и снижению твердости поверхности;

- отличная упругость позволяет проводить обработку заготовок резанием. Именно поэтому с заготовками из данной стали можно проводить операции фрезерования, точения, сверления или зенкерования.

Для повышения производительности часто проводится отжиг.

3. Характеристики токарных резцов

3.1 Современные материалы, применяющиеся для режущей части резца

Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы.

а) К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовые Р18, Р12, Р9 и вольфрамомолибденовые Р6М5, Р6М3, Р8М3. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63...66 HRC, предел прочности при изгибе 2900...3400 МПа, ударную вязкость 2,7... 4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600...650 °С. Указанные марки сталей получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Они используются при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов. Легирование азотом быстрорежущей стали повышает режущие свойства инструмента на 20...30 %, твердость - на 1- 2 единицы HRC.

б) Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода — 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадия — Р12ФЗ, Р2МЗФ8, Р9Ф5; кобальта — Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф и др. Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66...70 HRC, они имеют более высокую теплостойкость (до 620...670 °С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3—5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

в) Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов — В11М7К.23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRC, и теплостойкость 700....720 °С. Наиболее рациональная область их использования — резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30 - 80 раз выше, чем из стали Р18, и в 8 - 15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3 - 8 раз).

Основной недостаток всех быстрорежущих сталей - высокая стоимость легирующих компонентов. Поэтому, в последнее время, быстрорежущие стали применяются очень ограниченно.

Главная положительная особенность твердого сплава перед быстрорежущей сталью заключается в значительно увеличенной теплостойкости до 800 – 900°С, что превосходит быстрорежущую сталь Р18 в 1,3 – 1,5 раз, а по допускаемой скорости резания до 3 и 8 раз с соответствующим увеличением производительности обработки. К недостаткам относятся уменьшенное до 2,5 – 3 раз допускаемое усилие на изгиб и до 1,5 – 3 раза – на ударную вязкость. Для того чтобы преодолеть указанные недостатки, повышают содержание кобальта в сплаве, что увеличивает его прочность на изгиб.

Изменение геометрии резца с применением отрицательного переднего угла изменяет усилие изгиба на усилие сжатия, хорошо переносимое твердым сплавом. Для повышения прочности на ударную вязкость также применяется специальная геометрия резца.

Твердые сплавы делятся на три группы:

- вольфрамовую с марками типа «ВК», для обработки чугуна, бронзы и других подобных материалов, образующих стружку надлома, состоящую из отдельных элементов, слабо связанных между собой;

- титановольфрамовую с марками типа «ТК»; применяют для обработки сталей, стального литья и других материалов, образующих сливную стружку. Марки группы ТК являются более теплостойкими и допускающими большую скорость резания;

- титанотанталовольфрамовую с марками типа «ТТК», при несколько пониженной твердости она имеет наибольшую прочность на изгиб, но и меньшую теплостойкость. Поэтому сплав марки ТТК применяют при черновой обработке, а также при резании труднообрабатываемых сталей или при ударной нагрузке с пониженной скоростью резания.

По международной классификации ISO в зависимости от обрабатываемого материала твердые сплавы разделяют на три группы:

Р – для обработки углеродистых, легированных сталей и стального литья, незакаленных инструментальных сталей при резании со сливной стружкой;

М – для обработки высоколегированных, жаростойких, высокопрочных, нержавеющих сталей, а также автоматных сталей и ковких легированных чугунов;

К – для обработки серых, ковких, отбеленных чугунов, закаленных сталей и цветных металлов и сплавов при резании со стружкой надлома, а также пластмасс, стеклопластиков, бетона.

Керамика относится к числу инструментальных материалов, позволяющих существенно повысить производительность обработки за счет высокой теплостойкости и износостойкости. Керамика в виде многогранных неперетачиваемых пластин разнообразной номенклатуры выпускается во многих странах, ее удельный вес среди инструментальных материалов в настоящее время составляет около 3 %.

Керамические инструментальные материалы делят на три группы:

1) оксидная (белая) керамика (ЦМ-332, ВО-13, ВТ-75);

2) оксидно-карбидная (черная) керамика (В-3, ВОК-60, ВОК-63, ВОК71, ВОК-200);

3) оксидно-нитридная керамика (силинит-Р, ОНТ-20).

Керамика не содержит дорогостоящих и дефицитных материалов: ее основу составляет технический глинозем (окись алюминия Al2О3) с небольшой добавкой окиси магния MgО и хрома CrO. В оксидно-карбидную керамику дополнительно входят смеси карбидов WC + Mo2C и Мо2С + TiC. Карбидная составляющая изменяется от 20 до 40 % по массе.

К недостаткам керамики относят уменьшенную прочность на изгиб и сжатие, чувствительность к механической и тепловой ударной нагрузке. Для смягчения указанных недостатков необходимо применять ряд мер:

 применять керамику для сквозного (на проход) наружного и внутреннего точения;

 на входных торцах обрабатываемых деталей иметь предварительно выполненные фаски, а в ступенчатых деталях – выходные канавки;

 заготовки не должны иметь биения, ударная нагрузка должна быть исключена.

К режущим сверхтвердым материалам относят, прежде всего, природный алмаз. К его свойствам, превосходящим все другие режущие материалы, относится его высокая твердость, а также износостойкость. Однако его дефицитность и высокая стоимость, во много раз превосходящая стоимость твердых сплавов, приводила к ограниченно-узкой области применения его в производстве.

Сейчас промышленностью выпускаются синтетические алмазы. Синтетические алмазы получили широкое применение в промышленности в виде двух марок – АСБ (балас) и АСПК (карбонадо). Слабым местом синтетических алмазов является пониженная прочность на сжатие 210 – 400 МПа и низкая теплостойкость 600 – 800°С.

Резцы с синтетическими алмазами применяются для обработки металлов и сплавов и неметаллических материалов со следующими режимами обработки:

 подача s = 0,03 – 0,3 мм/об, t = 0,5 – 1 мм;

 скорость резания:

- алюминий и алюминиевые сплавы V = 600 – 3000 м/мин;

- медь и медные сплавы (бронза, латунь) V = 300 – 1000 м/мин;

- пластмассы, стеклопластики V = 200 – 1000 м/мин.

Сверхтвердые поликристаллические инструментальные материалы подразделяют на три группы: 1) материалы на основе углерода (баллас, карбонадо, СВ, СВС и др.); 2) материалы на основе кубического или вюрциподобного нитрида бора (эльбор-Р (композит 01), белбор (композит 02), исмит (композит 03), КНБ (композит 05), ПНТБ (композит 09), гексанит-Р (композит 10) и др.); 3) композиционные материалы (двухслойные материалы ДАП, СВАБ и др.).