Тема 7. Точение

Для осуществления процесса обработки материалов резанием необходимо,

чтобы заготовка и режущий инструмент перемещались относительно друг друга.

Одно из этих движений, определяющее скорость отделения стружки, называется

главным движением второе, обеспечивающее непрерывность врезания режущей

кромки инструмента в новые слои металла, называется движением подачи.

При обработке на токарных станках главным движением является

вращение заготовки, а движением подачи — поступательное перемещение резца.

Элементами режима резания при точении являются скорость резания, глубина

резания и подача.

Скорость резания при токарной обработке — это путь перемещения в

единицу времени обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей

кромки инструмента. Обычно при расчете скорости резания учитывается лишь

скорость в главном движении. Скорость резания обозначается буквой v и

измеряется в метрах в минуту. В случае точения (рис. 35) скорость резания

определяется по формуле:

где D — длина обрабатываемой поверхности в мм; n — частота вращения

заготовки в об/мин.

Подача — это величина перемещения режущей кромки резца за один

оборот обрабатываемой заготовки. Подача обозначается буквой s и измеряется в

миллимет-рах за один оборот. В зависимости от направления, по которому

перемещается резец, у токарного станка различают продольную подачу — вдоль

оси центров станка; поперечную — перпендикулярно оси центров станка и

наклонную — под углом к оси центров станка (в результате обработки

получается коническая поверхность).

Глубина резания — это величина снимаемого слоя металла,

рассматриваемая как расстояние между обрабатываемой и обработанной

поверхностями, измеренное нормально к последней. Измеряется глубина резания

в миллиметрах и обозначается буквой t (рис.35, а).

При точении глубина резания определяется как полуразность диаметров

до и после обработки:

где D и D0 — диаметры соответственно заготовки и детали в мм.

Рис.35 Элементы режима резания при токарной обработке

I, II – положения резца

На рис. 35, а показано положение режущей кромки резца после того, как

он переместился на величину подачи s мм/об; заштрихованная площадь

представляет собой площадь поперечного сечения срезаемого слоя. Размеры а и b

обозначают соответственно толщину и ширину срезаемого слоя.

Ширина срезаемого слоя — это расстояние между обрабатываемой и

обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. В общем

случае, когда γ ≠ 0° и λ ≠ 0°, ширина срезаемого слоя принимается равной

проекции рабочей длины режущей кромки резца на основную плоскость;

Толщина срезаемого слоя — это расстояние, измеренное в направлении,

нормальном к ширине срезаемого слоя, между двумя последовательными

положениями поверхности резания за один оборот заготовки. В общем случае,

когда γ ≠ 0° толщина срезаемого слоя выражается формулой

Согласно рис. 35, а площадь поперечного сечения срезаемого слоя для

резцов с прямолинейной режущей кромкой (при γ = 0° и λ = 0°) определяется

по формуле:

Система сил, действующих при точении, может быть приведена к одной

равнодействующей силе (рис. 36), называемой силой резания.

Рис. 36. Схема сил резания при точении

Точка приложения этой силы находится на рабочей части главной

режущей кромки резца. Для практических целей обычно нужна не сама

равнодействующая сила Р, а ее составляющие, действующие в заданных,

представляющих интерес для практики направлениях. Такими составляющими

являются:

1) сила Pz, действующая в плоскости резания в направлении главного

движения и определяющая нагрузку на станок и резец; величина Pz определяет

крутящий момент Мкр, по которому ведется расчет зубчатых колес и валов коробки

скоростей станка;

2) сила Ру - радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно оси

заготовки; эта составляющая определяет силу отжима резца от заготовки и

прогиб заготовки, обусловливающий точность изготовления детали, сила Ру необ-

ходима для расчета станины и суппорта станка;

3) сила Рх - осевая составляющая, действующая вдоль оси заготовки

параллельно направлению подачи; эта сила Рх определяет нагрузку механизма

подачи станка, ее значение является исходным для расчета звеньев механизма

подачи станка. Три указанные составляющие силы взаимно перпендикулярны;

поэтому величина и направление равнодействующей силы определяются как

диагональ параллелепипеда

Соотношение величин составляющих сил Pz, Ру, Рх не остается

постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца,

элементов режима резания (v, t, s), износа резца, физико-механических свойств

обрабатываемого материала и условий резания.

Отношения Ру ∕ Pz и Рх ∕ Pz возрастают с увеличением износа резца;

увеличение подачи увеличивает отношение Рх ∕ Pz; уменьшение главного

ного угла в плане увеличивает отношение Ру ∕ Pz. В некоторых случаях

обработки одной из двух составляющих (Рх или Ру) может и не быть.

Например, при разрезке прутка отрезным резцом отсутствует сила Рх, и тогда

при подрезке торца трубы с резцом с φ = 90° и λ = 0° отсутствует

составляющая Ру, при этом равнодействующая Сила Pz действует

во всех случаях, и поэтому часто ее называют главной составляющей силы

резания или просто силой резания.

Мощность, затрачиваемая на процесс резания, определяется действием трех

составляющих силы резания: Pz, Py и Рх, но так как перемещения жестко

закрепленного резца в направлении силы Ру практически не происходит,

мощность, обусловленная действием этой составляющей, может быть

приравнена нулю.

Тогда эффективная мощность, затрачиваемая на процесс резания,

где v — скорость резания в м/мин; n — частота вращения заготовки в

об/мин; s — подача в мм/об.

Численное значение второго члена правой части уравнения обычно

мало и составляет 1—2% от значения первого члена; поэтому эффективную

мощность практически определяют как создаваемую лишь одной силой Pz, т.е.

Полезная мощность станка

где η — к. п. д. станка.

Тема 8. Сверление, зенкерование и развертывание.

На рис. 37 показана схема резания с обычно принятыми обозначениями.

Скорость резания v — окружная скорость наиболее удаленной от оси

сверла точки режущей кромк5и, определяется по формуле:

где D — диаметр сверла (по ленточкам) в мм: n — частота вращения

сверла в об/мин.

Скорость резания при сверлении является величиной переменной,

изменяющейся для разных точек режущих кромок от 0 до v (по мере

приближенияк периферии).

Рис. 37. Элементы резания при сверлении (а) и при

рассверливании (б)

Подача s — величина перемещения сверла вдоль оси за один его оборот

в мм/об. Подачу можно измерять также и в мм/мин, в этом случае

Так как при сверлении обычно работают две режущие кромки, то подача в

мм, приходящаяся на каждую из кромок,

Толщина срезаемого слоя а — минимальное расстояние между двумя

последовательными положениями режущей кромки за один оборот сверла.

Измеряется она в направлении, перпендикулярном к режущей кромке. По

отношению к одной кромке

Ширина срезаемого слоя b измеряется вдоль режущей кромки сверла и

равна ее длине:

Площадь поперечного сечения срезаемого слоя, приходящаяся: на обе

режущие кромки

на одну режущую кромку:

Основное (машинное) время при сверлении и рассверливании

вычисляется по формуле

где L — длина прохода сверла в направлении подачи в мм (рис. 38):

l — глубина сверления в мм; l1 - величина врезания в мм; l 2 - величина

перебега (1—2 мм); s — подача в мм/об; n — частота вращения сверла в об/мин.

Рис. 38. Элементы пути, проходимого сверлом:

а - при сквозном сверлении на проход; б - при глухом сверлении;

в -при рассверливании

Процесс резания при сверлении во многом аналогичен точению, но имеет

и ряд особенностей. Упруго-пластическому деформированию срезаемого слоя и

здесь сопутствуют различные физические явления: усадка стружки и ее

завивание, выделение тепла, наростообразование, упрочнение поверхностного

слоя (наклеп), трение стружки о поверхность винтовой канавки, трение задней

поверхности о поверхность резания и др. Наряду с этим процесс резания при

сверлении протекает в иных, более тяжелых условиях. Прежде всего, основную

работу при сверлении выполняют две главные режущие кромки; поперечная

кромка, или перемычка, имея угол резания более 90°, не режет, а мнет металл,

нагружая сверло и вызывая значительные силы сопротивления на этом участке

сверла.

По сравнению с точением выход стружки при сверлении более стеснен;

подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания также затруднен. Кроме

того, режущие кромки сверла на протяжении от периферии к центру имеют

переменный передний угол; изменяется также и скорость резания по длине

режущей кромки, что, в свою очередь, сказывается на изменении деформации в

смежных элементах по всей длине режущей кромки: деформация стружки к

центру сверла увеличивается.

Поперечная кромка, имея угол резания больше 90°, работает в тяжелых

условиях: она еще значительнее деформирует металл, создает повышенные

напряжения на этом участке режущего инструмента, что вызывает усиленный

износ поперечной кромки сверла. К тому же часть режущих кромок,

примыкающих к перемычке, при более стесненных условиях выхода стружки

имеет скорость резания, близкую к нулю. Направляющие фасонные ленточки, не

имея заднего угла, создают при сверлении значительное трение о поверхность

обрабатываемого отверстия, в результате чего сильно изнашиваются.

При сверлении пластичных металлов (сталей) получают, как и при

точении, сливную стружку и реже — элементную; при сверлении хрупких

металлов (чугуна и бронзы) получают стружку надлома. При сверлении также

наблюдается явление усадки стружки, образование наростов и

теплообразование. Принципиально роль тепла, наростов и условий их

образования та же, что и при токарной обработке.

Рис.39. Силы, действующие на сверло

На рис. 39 показана схема сил, действующих на сверло в процессе

работы. На каждую режущую кромку сверла действует равнодействующая сил

сопротивления Р, приложенная в некоторой точке А; на поперечную кромку

действует сила Рп к, направленная вверх, вдоль оси X, и пара сил, лежащая в

плоскости, перпендикулярной к оси сверла (на рис. 39, не показана); на каждую

ленточку (вспомогательную кромку) действует сила Р1 направленная по оси Z

перпендикулярно плоскости чертежа, и сила трения ленточки об обработанную

поверхность Рп, направленная вдоль оси X.

Для изучения влияния равнодействующей силы сопротивления Р

раскладыва-ем ее на три составляющие Рх, Ру и Pz, направленные

соответственно по осям X, Y и Z. При условии правильной (симметричной)

заточки главных режущих кромок и пренебрежения толщиной перемычки

равнодействующая сил, действующих по направлению оси Y, равна нулю, так

как в этом случае силы PY, равные по величине и противоположные по

направлению, уравновешиваются. Действующая вдоль оси сверла

равнодействующая сила Р0, называемая силой подачи, равна сумме проекций

сил, действующих вдоль оси X, т. е.

где Рп.к. - сила, создаваемая при внедрении в материал поперечной кромки; Рл

- сила трения ленточки сверла об обработанную поверхность.

Исследованиями установлено, что на поперечную кромку приходится

около 50% силы подачи, т.е. Рп. к ≈ 0,5Ро. Суммарный крутящий момент

сопротивления Мс, действующий на сверло, складывается из момента М от сил

Рz, момента Мп.к, создаваемого силами, действующими на поперечной кромке, и

момента Мл от сил трения на цилиндрических ленточках сверла, т. е.

Действующие на сверло в процессе работы осевая сила и крутящий момент

являются исходными для расчета сверла и частей станка на прочность и

деформацию, а также для определения мощности. Мощность, затрачиваемую на

сверление, подсчитывают по формуле:

где Мс — крутящий момент, действующий на сверло, в Нм; n — частота

вращений сверла в об/мин.

Необходимая (потребная) мощность электродвигателя:

где η — к. п. д. станка.

Для определения величины момента и осевой силы применяют особые

приборы, называемые сверлильными динамометрами. Широко применяют

малоинерционные электрические динамометры с различными датчиками

сопротивления, а также гидравлические динамометры.

Зенкерование - процесс увеличения зенкером предварительно

подготовленного отверстия (литого, штампованного, просверленного) для

придания его стенкам более правильной геометрической формы и чистоты. Эта

операция может быть окончательной (при получении отверстия до 11-го

квалитета точности и до Rz 20) или предварительной (получистовой) — перед

развертыванием. Средние значения припусков под зенкерование (после

сверления) 0,5—3 мм на сторону.

Развертывание - процесс окончательной обработки отверстия разверткой

для получения более точных размеров (до 7-го квалитета точности) и меньшей

шероховатости обработанной поверхности (в пределах Rа 2,5…0,63. Припуск под

развертывание принимается небольшой - в среднем 0,15-0,5мм на сторону для

черновых разверток и 0,05-0,25 мм - для чистовых.

Рис. 40. Схема работы зенкера (а) и развертки (б)

Глубина резания равна полуразности диаметров отверстия до и

после обработки (рис. 40), т. е.

Подача при зенкеровании или развертывании выражается в

миллиметрах за один оборот инструмента (мм/об). Если обозначить подачу

зенкера или развертки через s, а число зубьев через z, то подача в

миллиметрах на один зуб (режущую кромку)

Толщина среза, снимаемая каждым зубом зенкера (развертки),

Дата добавления: 2014-12-17