Резание. Резание материалов Лекции. Учебник для машиностр спец. М. Высш школа 1985 г. 304 с. Понятие о процессе формообразования
 Скачать 6.79 Mb.
|
ШлифованиеПлотная структура (рис, а) - При содержании в круге 50...60% абразивных зерен они весьма плотно располагаются в его объеме. Связующего вещества немного, и оно тонким слоем обволакивает зерна и соединяет их в единое целое. Круги плотной структуры имеют поры малых размеров, в которых может разместиться небольшое количество срезаемой стружки. Поэтому применение шлифовальных кругов с плотной структурой ограничено доводочными операциями. Средняя структура(рис , б] в объеме круга содержится 46.. .54 % абразивных зерен, и они расположены более свободно. Связующие вещества Между абразивными зернами и связкой размещаются крупные поры, в которых свободно размещается стружка, срезаемая за рабочий цикл. Во время холостого цикла, когда данный участок режущей поверхности круга выходит из контакта с обрабатываемым металлом, срезанные частицы выбрасываются из пор центробежными силами. Круги открытой структуры могут использовать для шлифования металлов при высоких режимах резания. Открытые структуры (рис. , в) характеризуются объемным содержанием 38... 44% абразивных зерен, расположенных еще более свободно, увеличением содержания связующего вещества, более прочным соединением зерен, позволяющим повысить прочность круга в целом. К группе очень открытых структур относят также шлифовальные круги с пониженным содержанием зерен (до 6,25 %), не имеющие номеров. ШлифованиеОчень открытая структура (рис., г} образуется не только из-за уменьшения содержания абразивных зерен (25...36% от общего объема круга), но и за счет выгорания наполнителей, которые добавляют в формовочную массу в процессе производства кругов. Круги с очень открытой структурой применяются для шлифования мягких и вязких материалов. преимущественно неметаллов (резины, пластмасс, дерева, кожи и т. п.). Для алмазных и эльборовых кругов - характеристикой структуры является концентрация зерен. Здесь условно принимается, что при 100%-й конценрации алмазная или эльборовая составляющая занимает ¼ объема рабочего слоя круга, а остальной объем занимают связка, наполнители и поры. По массе при 100%-й концентрации в 1 мм3 алмазо- или эльбороносного слоя содержится 0,88 мг соответственно алмазных или эльборовых зерен. Шлифовальные круги выпускаются с 25; 50; 75; 100; 150; 200 и 250%-й концентрацией. ШлифованиеСвязка. Оказывает существенное влияние на режущую способность абразивного инструмента, а следовательно, и на процесс шлифования. Предназначена для закрепления абразивных зерен и наполнителя. Основой (преобладающим компонентом) связки могут быть различные органические и неорганические материалы. Неорганические: керамическая (К),магнезиальная (М), силикатная (С) Керамическая связка (К0-К10) – коалин, огнеупорная глина, кварц, боросиликатное стекло. Высокая теплостойкость, водоупорность, химическая стойкость, хорошо сохраняет профиль, чуствительна к ударам, и изгибающим нагрузкам. Магнезиальная (МГ) каустический магнезит и раствор хлористого магния гигроскопична, быстро изнашиваются. Но небольшие температуры при работе. Силикатная связка (С) силикат натрия (растворимое стекло), небольшое тепловыделение при работе , способствует самозатачиванию, но растворяется от ожлаждающей жидкости. Органические связки : бакелитоввая (Б),грифталевая(Г), поропластовая (П), вулканитовая(В) ШлифованиеБакелитовая: (Б; Б1-Б5) Фенолформальдегидные смолы, фурфурол. Высокие прочность и упругость. Разрушается под действием 1,5%-ной шелочной охлаждающей жидкости. Невыдерживает температуру более 250 °С. Глифталевая: Гф Глифталевая смола (синтез глицерина и фталевого ангидрида) Повышенная упругость, по сравнению с бакелитовой связкой ( чистовое шлифование, отделка) Вулканитовая: В; В1-В5 Каучук и наполнители (окись магния, окись цинка. сажа и др.) Отличается высокой упругостью. Разрушается при температуре, превышающей 150 °С. Непригодна для снятия больших припусков, так как имеет плотную структуру и склонна к засаливанию. Шлифовальные круги могут изготовляться тонкими Вулканитовая: СКН Синтетический каучук ШлифованиеМеталлическая (М)- алюминий, медь, железо, цинк, олово и другие Высокая износостойкость, хорошо сохраняют форму, но склонны к засаливанию. Класс точности инструмента. В зависимости от требований к зерновому составу, предельным отклонениям поверхностей, их взаимному расположению, наличию сколов, трещин и раковин абразивный инструмент выпускается трех классов точности: АА, А и Б (шлифовальные круги), а остальные инструменты - двух классов: А и Б. Класс неуравновешенности инструмента. Во многом определяет производительность обработки, качество поверхности детали, стойкость шлифовальных кругов. В соответствии с требованиями ГОСТ 3060-86 круги по неуравновешенности масс разделяются на 4 класса. Круги класса точности А А должны соответствовать 1-му классу неуравновешенности, круги класса точности А - 1-му или 2-му, а круги класса точности Б - 1, 2 или 3-му классу неуравновешенности Неуравновешенность шлифовальных кругов является одной из основных причин, вызывающих вибрации при шлифовании, снижение стойкости шлифовальных кругов, производительности операции обработки и качества обработанной поверхности, ограничение скорости шлифовального круга. ШлифованиеМаркировка круга из обычных абразивных материалов: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение круга, окружная скорость круга, класс точности и класс неуравновешенности. Пример обозначения круга типа 1 с размерами D - 100 мм, Т= 16 мм и Н= 20 мм из белого электрокорунда 25А, зернистостью 16, твердостью С1, со структурой 7, на керамической связке К2, с рабочей скоростью 40 м/с, класса точности А с неуравновешенностью по 2 классу. 1 100х16x20 25А16С17К2 40 м/с А 2кл. ГОСТ 2424-83а.
ШлифованиеШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ ИЗ СТМ Для изготовления шлифовальных кругов используют природные и искусственные СТМ. Алмазные материалы выпускаются в виде порошков по ГОСТ 9206-80 (в ред. 1996 г.). В зависимости от размера зерен и способа получения порошки разделяются на шлифпорошки (размер зерен 3000-40 мкм), микропорошки (размер зерна 80-1 мкм и менее), субмикропорошки (размер зерен 1,0-0,1 мкм и менее). Зернистость обозначается дробью, в числителе которой указано число, равное размеру ячейки сита в микрометрах, через которую проходят зерна основной, преобладающей по массе фракции, а в знаменателе - число, равное размеру ячейки сита, на зерна задерживаются. В зависимости от разности размеров ячеек верхнего и нижнего сит зернистость шлифпорошков может соответствовать узкому или широкому диапазону. Широкий диапазон зернистостей шлифпорошков составляет 63/40-2500/1600; узкий диапазон - 50/40-2500/2000. Микропорошки и субмикропорошки имеют зернистость 1/0-60/40. По виду сырья алмазные порошки разделяются на порошки из природных (обозначаются буквой А), синтетических (обозначаются буквами АС) и синтетических поликристаллических алмазов (обозначаются буквами АР). ШлифованиеШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ ИЗ СТМ Поликристаллические алмазы имеют буквенные индексы: В - "баллас", К - "карбонадо", С - "спеки". Алмазные микропорошки и субмикропорошки нормальной абразивной способности обозначаются буквами AM и АСМ, а повышенной производительности - буквами АН и АСН. К обозначению субмикропорошков добавляют процентное содержание зерен крупной фракции. Маркировка: указываются форма, основные размеры круга и алмазоносного слоя, зернистость, связка, концентрация и количество алмазов в круге (в каратах), а также наименование предприятия-изготовителя или его товарный знак, номер круга и год его изготовления. 12АЧ-45 150x10x3x32 АС2 10 Б1 2 29 № 8-99 12АЧ-45 — алмазный круг чашечный, конический; 150 — наружный диаметр круга, мм; 10 — ширина алмазоносного кольца, мм; 3 — толщина этого кольца, мм; 32 — диаметр посадочного отверстия, мм; АС2 — алмаз синтетический обычной прочности; 10 — зернистость алмазного порошка; Б1 — связка бакелитовая первая (с наполнителем из карбида бора); 2 — относительная концентрация алмазов в алмазоносном слое, % (цифрами 1, 2, ..., 6 обозначается соответственно 25, 50, 75, 100, 125 и 150%-я концентрация); 29 — содержание алмазного порошка, карат; 8 — заводской номер круга; 99 — год изготовления круга. ШлифованиеШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ ИЗ СТМ Эльборовые материалы выпускаются в виде порошков, применяемых для изготовления эльборового инструмента и для свободного резания. В зависимости от размера зерен они разделяются на шлифзерна (размеры зерен 160...500 мкм), шлифпорошки (размеры зерен 40... 120 мкм), микрошлифпорошки (размеры зерен 1...63 мкм). Обозначение зернистости эльборовых материалов аналогично обозначению алмазных материалов узкого диапазона зернистостей. В зависимости от вида сырья, способа получения, наличия покрытий и прочности эльбор производится следующих марок: ЛО - обычной механической прочности; ЛП, ЛКВ - повышенной прочности; ЛД - поликристаллический; ЛОМ, ЛОС - с покрытиями. Маркировка: 12АЧ-45 150x10x3x32 Л 10 Б1 6 58 Ка 43-99 эльборовый чашечный круг диаметром 150 мм с рабочим слоем шириной 10 мм и толщиной 3 мм, диаметр посадочного отверстия 32 мм, эльборовое зерно (Л), зернистость 10, связка Б1, номер структуры 6, концентрация 150 %, количество эльбора в круге 58 каратов; 43 — заводской номер круга; 99 — год изготовления круга. Концентрация 100 % в эльборовых кругах не указывается. Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке В последнее время существует стойкая тенденция внедрения в машиностроительное производство высокоскоростной (HSM - High Speed Machining) и высокопроизводительной (HPM – High Productivity Machining) обработки. В основе этих понятий лежит характерно одинаковый процесс резания. При нем действующие значения скоростей резания и подач в 5-10 раз выше, чем при обычной обработке . Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке Высокоскоростная обработка направлена на получение сложных форм поверхностей (поверхностная обработка, например гравюр штампов, деталей имеющих поверхности отличные от примитивных – плоскостей, цилиндров). Официальное объяснение HSM было предложено немецким исследователем Карлом Соломоном в 1931 году: «При определенных скоростях резания тепловыделение начинает уменьшаться», что сопровождается уменьшением силы резания. Зона использования скоростей резания отмечена на графике высокоскоростного фрезерования рис. 2, на котором видно, что между «обычной» и высокоскоростной механообработкой находится неиспользованная область обработки по материалам . Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке Эффект HSM обуславливается структурными изменениями материала (из-за пластических деформаций, осуществляемых с большой скоростью) в месте отрыва стружки. При повышении скорости деформаций силы резания первоначально растут, а потом, с достижением определенной температуры в зоне образования стружки, начинают существенно снижаться. Время контакта режущей кромки с заготовкой и стружкой так мало, а скорость отрыва стружки столь высока, что большая часть тепла, образующегося в зоне резания, удаляется вместе со стружкой, а заготовка и инструмент не успевают нагреваться. При лезвийной обработке материалов, которые образуют сливную стружку, у режущей кромки происходит пластическая деформация и резание материала, наблюдается процесс трения между стружкой и передней поверхностью инструмента, а также между поверхностью детали и задней поверхностью инструмента. При высокоскоростной обработке с возрастанием скорости резания коэффициент трения уменьшается. Это происходит вследствие размягчения обрабатываемого материала в зоне разреза, в некоторых случаях — до появления жидкого слоя. Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке В ходе многих опытов было установлено, что 80% тепла образуется в зоне пластической деформации, 18% - в зоне контакта стружка-инструмент и 2% - в зоне трения режущей кромки инструмента о материал. Исследованиями доказано, что при правильно подобранных параметрах 75% произведенного тепла отводятся со стружкой, 20% - через инструмент и 5% через обрабатываемую заготовку. Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке Высокопроизводительная обработка предъявляет дополнительные требования. Как известно производительность можно измерять по объему снимаемой стружки в единицу времени (Q), либо нормой выработки изделий за единицу времени. Соответственно задача высокопроизводительной обработки будет формулироваться следующим образом: достижение высокой производительности за счет реализации HSM метода обработки, при сохранении точностных и качественных параметров обработки. Это достигается путем реализации стратегии построения операции, и траектории движения инструмента. Важнейшей компонентой НРМ обработки является соблюдение предпочтительных траекторий движения инструмента, которые будут рассмотрены в подразделе 2.2. Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке
3. Скорости холостых перемещений инструмента до 90 м/мин, что обеспечивает снижение времени на переход в структуре штучного времени. 4.Осевые ускорение — замедление - более lg, что также обеспечивает снижение времени на переход, в особенности при большом количестве переходов в операции, коротких перемещениях в траектории движения инструмента. 5.Быстродействие ЧПУ. Использование функции НРСС (High Precision Contour Control), когда для увеличения быстродействия обработки сигналов обратной связи используется дополнительный процессор. Высокая скорость обработки информации мощными процессорами обеспечивает возможность сочетать достаточную точность перемещений с большой рабочей подачей. 6.Шаг перемещения движимых частей менее 10 мкм, для реализации требований по точности размеров, форме поверхностей, точности расположения поверхностей. 7 Высокая термостойкость, жесткость шпинделя и хорошее охлаждение подшипников шпинделя. Основные понятия о высокоскоростной и высокопроизводительной обработке Основные отличия высокоскоростной и высокопроизводительной обработки от традиционной обработки заключаются в следующем: -увеличении скорости резания и подачи; -снижения усилий резания и температуры на режущей кромке; -уменьшении сечения стружки; -повышении производительности. Отметим, что переход на HSM и НРМ методы обработки должен решаться в комплексе, затрагивая оборудование, инструмент, режимы резания, траектории обработки. Недоучет любого из названных факторов может привести к потерям преимуществ данных методов обработки или нецелесообразности внедрения в сравнении с обычными методами обработки. Основные требования к оборудованию и инструменту: Высокая скорость резания требует высокой частоты вращения шпинделя более 20000 мин -1. |