Косенко А.И. Сборник методических указаний по предметам: Резание материалов и Резание материалов и режущий инструмент - файл n9.doc

приобрести
Косенко А.И. Сборник методических указаний по предметам: Резание материалов и Резание материалов и режущий инструмент
скачать (3429.6 kb.)
Доступные файлы (9):
n1.doc336kb.12.05.2006 09:29скачать
n2.doc333kb.30.03.2006 16:13скачать
n3.doc604kb.12.04.2002 13:58скачать
n4.doc148kb.03.05.2006 11:22скачать
n5.doc1155kb.01.04.2006 14:55скачать
n6.doc152kb.19.02.2007 11:51скачать
n7.doc51kb.10.05.2006 16:36скачать
n8.doc956kb.21.04.2006 19:27скачать
n9.doc932kb.19.05.2006 10:30скачать

n9.doc





ОГЛАВЛЕНИЕ


  1. Цель работы………………………………………………………………...2

  2. Введение…………………………………………………………………….2

  3. Основные теоретические положения……………………………………..3

  4. Порядок выполнения лабораторной работы…………………………….11

  5. Дополнительные требования по технике безопасности………………..11

  6. Содержание отчета………………………………………………………..11

  7. Контрольные вопросы……………………………………………………12

  8. Библиографический список………………………………………………12

  9. Приложение……………………………………………………………….13



  1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ


Основной целью работы является определение оптимальных параметров резца.


  1. ВВЕДЕНИЕ


Среди многих способов обработки металлов резанием важное место занимает обработка резцом. Резцы делятся на три основные группы: токарные, строгальные и долбежные.

Токарные резцы используют на токарных (или подобных им) станках для получения из заготовок деталей с цилиндрическими, коническими, фасонными и торцовыми поверхностями, образующи­мися в результате враще­ния заготовки и перемеще­ния резца (см., например, рис. 1о). Подобный процесс принято называть точением.

В общем парке металло­режущих станков токарные станки (включая токарные полуавтоматы и револьвер­ные станки) составляют около 35%, поэтому токар­ные резцы являются наибо­лее распространенным и к тому же наиболее простым видом режущего инструмента.



  1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Оптимальные углы резца

Геометрические параметры оказывают существенное влияние на все показатели процесса резания и на основные характеристики инструмента. Все углы влияют на прочность инструмента. С увеличением углов ?, ?1, ?, ?1, ?, ?1, его прочность уменьшается, так как ослабляется сечение рабочей части. Это наглядно показано на рис. 10, на котором изображен резец при различных углах: ? (рис. 10а), ?(рис. 10б), ? (рис. 10в):

Если принять, что на все сечения действует одна и та же соответственно сила нормального давления N на передней грани и сила нормального давления N1 на задней грани, то совершенно очевидно, что с увеличением углов ?, ? и ? – вероятность разрушения вершины резца увеличивается.

При увеличении углов ?, ?, ?, ? – прочность увеличивается. Причем, при увеличении угла ? не только увеличивается сечение режущей части, но и в ряде случаев при врезании ударная нагрузка приходится не на вершину резца (наиболее слабое место), а на более прочное место режущей кромки, расположенное на некотором расстоянии от вершины.

В этом нетрудно убедиться, рассматривая процесс врезания резца в заготовку (рис. 11).

Аналогичная ситуация складывается и при врезании резца с различными углами ?.

В этом случае, когда инструмент врезается не вершиной, а передней поверхностью, силы резанья значительно растут, что отрицательно сказывается на процессе резанья. Особенно неблагоприятная ситуация складывается при прерывистом резании. В этом случае ударная нагрузка значительна и поэтому возможно хрупкое разрушение режущей пластины.

Все углы влияют на стойкость режущего инструмента. На рис. 12 показано влияние углов ?, ?1, ?, ?1, ?, ?1, ?. Влияние углов ?, ?, ? проявляется через углы ?, ?1, ?1, ?. Характер влияния углов на стойкость одинаковый, то есть максимальное значение Т достигается при определенном оптимальном значении угла. Однако количественное значение углов и механизм влияния существенно различны. Уменьшение стойкости при малых углах ?, ?1 связаны с резким ростом сил по задним граням инструмента, что повышает температуру и износ. При больших углах ? (больших ?опт) силы практически не изменяются, но прочность инструмента с ростом ? (см. рис. 10б) уменьшается. При этом одновременно уменьшается сечение резца, что ухудшает теплоотвод. По этим причинам стойкость резца уменьшается.

При уменьшении угла ? (меньше ?опт) – вследствие существенного роста радиальной составляющей силы резания, возникают вибрации, уменьшающие стойкость.

При увеличении угла ? (больше ?опт) уменьшается прочность резца, и ухудшаются условия теплоотвода, что уменьшает стойкость.
При малых углах ?, меньших ?опт – резко растут силы резания, что увеличивает температуру и уменьшает стойкость. При больших углах ?, больших ?опт из-за уменьшения прочности и теплоотвода – стойкость уменьшается. При увеличении угла ? (больше ? опт) увеличивается прочность режущей кромки, но ухудшается врезание, растут силы резания, что уменьшает стойкость. При уменьшении угла ? (меньше ?опт) уменьшается прочность режущей кромки, что снижает стойкость.

Величину оптимальных значений углов можно определить экспериментально или рассчитать по формулам:



Где a – толщина среза, мм.



Где S – подача, мм/об.
Для расчета ? опт рекомендуются формулы:

А) для быстрорежущего инструмента



Б) для твердосплавного инструмента


,

где ? – коэффициент усадки стружки.

,

где ?1 – угол сдвига:

? значение переднего угла, рекомендованное по справочнику.

,

где ? – угол трения.

,

где - предел прочности

- временное сопротивление.


Углы ? и ? оказывают наибольшее влияние на направление схода стружки. При положительных углах ? стружка направляется на обработанную поверхность, что ухудшает ее качество, а при отрицательных ? и ?=0 она направляется на необработанную поверхность и на инструмент.

При свободном резании (если режет только главная режущая кромка) направление схода стружки при изменении угла ? остается перпендикулярным к главной режущей кромке. Поэтому при изменении угла ? направление схода стружки по отношению к детали изменяется.

При несвободном резании (в резании участвуют главная и вспомогательная режущие кромки) характер влияния ? на направление схода стружки такой же. Но при этом участие вспомогательной режущей кромки несколько отклоняет стружку от направления, перпендикулярного главной режущей кромки в сторону необработанной поверхности.

Углы ? и ?1 оказывают существенное влияние на высоту остаточных гребешков – hгр, показанных на рис. 13. Величину hгр для резца с r=0 (см. рис. 13 а,б) можно рассчитать, исходя из следующего. Остаточным сечением среза является треугольник, сторонами которого являются: АБ – вспомогательная режущая кромка (ВРК), ВД – главная режущая кромка (ГРК); АД – подача резца. Сторона АБ и ВД с направлением подачи составляют углы ?, ?1. Высота треугольника БС=hгр.

БСД следует, что hгр*ctg?1+ hгр*ctg?=S. Из этого находим:



Для случая, когда остаточное сечение среза формируется радиусной кромкой (см. рис. 13 в,г), высота остаточного гребешка может быть определена, исходя из построения (рис. 13 г).



Преобразуем полученное уравнение:





Учитывая ,что hгр – малая величина и hгр?0, получим:


Углы резца оказывают существенное влияние на шероховатость обработанной поверхности и на точность обработки.

Наиболее сильное влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывают ? и ?1, а также радиус закругления режущей кромки – r. Величину этого влияния можно рассчитать, принимая приближенно среднюю высоту микронеровностей, равной hгр. Вышеприведенные формулы для расчета hгр применимы для резания без вибраций, при появлении которых микронеровности поверхности как правило увеличивается.

Точность обработки зависит от сил резания, износа режущего инструмента, температуры, вибраций, нароста и др. явлений процесса резания. Влияние углов на точность определяется их суммарным влиянием на все показатели процесса резания.

Для оценки этого влияния можно ориентировочно руководствоваться таким правилом: то изменение углов, которое увеличивает силы резания, температуру и износ – увеличивает погрешности обработки. Однако, это правило справедливо только при прочих равных условиях. Необходимо помнить, что минимальные погрешности достигаются при оптимальных значениях геометрических параметров. При этом необходимо учитывать их одновременное влияние на силы и их соотношение, температуру, остаточные гребешки, износ инструмента. Причем параметры опыта, вызывающие вибрации, должны исключаться путем их увеличения или уменьшения на 20%.



  1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ


При выполнении лабораторной работы необходимо выполнить следующее:

1) изучить настоящее руководство и конспекты лекций, в которых рассматриваются вопросы лабораторной работы;

2) изучить инструкцию по технике безопасности;

3) изучить органы управления токарно-винторезного станка;

4) получить заготовки и резцы, необходимые для проведения экспериментов;

5) измерить основные параметры резцов и заготовок;

6) уточнить задание на проведение экспериментов и условия проведения опытов;

7) рассчитать величину остаточных гребешков для заданных условий;

8) исследовать влияние углов ?, (? 1 и радиуса r на шероховатость обработанной поверхности;

9) измерить величину микронеровностей на обработанной поверхности;

10) исследовать влияние углов резца, силы, температуру, стойкость и направление схода стружки (*)
*) Выполняется в качестве задания на самостоятельную работу для студентов, обучающихся по индивидуальному плану.
11) обработать и описать экспериментальные данные;

12) оформить отчет.


  1. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ

БЕЗОПАСНОСТИ
При выполнении данной лабораторной работы наряду с общими требованиями, изложенными в инструкции, необходимо:

1) не допускать точения заготовки с большими подачами вблизи от шпинделя;

2) заготовку снимать со станка через 3-5 минут после окончания процесса резания, то есть после ее охлаждения.
6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Формулировку цели работы;

2. Эскизы, покрывающие прочность режущей части при различных углах:

3. Эскизы, покрывающие условия врезания при различных углах ? и ?;

4. Схему с остаточными гребешками для заданных условий;

5. Описание опытов;

6. Таблицу с результатами опытов и расчета заданных параметров.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Влияние углов на прочность инструмента.

2. Влияние углов на стойкость.

3. Влияние углов ф, ф1 и радиуса закругления - г на гребешки обработанной поверхности.

4. Влияние углов ? и ? на условия врезания резца в заготовку.

5. Влияние углов на точность.
8. БИБЛИОГРАФИЧНСКИЙ СПИСОК
Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент., М.: Издательство «Машиностроение», 1968.

Бруштейн Б.В., Дементьев В.Д. Токарное дело., М.: ТРУДРГЗГРВИЗДАТ, 1956.

Геометрические параметры режущего инструмента: Метод. Указ./сост. Косенко А.И., НовГУ, 2000.

9. ПРИЛОЖЕНИЕ

I Геометрия токарных резцов

1.1. Основные положения

Среди многих способов обработки металлов резанием важное место занимает обработка резцом. Резцы делятся на три основные группы: токарные, строгальные и долбежные.

Токарные резцы используют на токарных (или подобных им) станках для получения из заготовок деталей с цилиндрическими, коническими, фасонными и торцовыми поверхностями, образующи­мися в результате враще­ния заготовки и перемеще­ния резца (см., например, рис. 1о). Подобный процесс принято называть точением.

В общем парке металло­режущих станков токарные станки (включая токарные полуавтоматы и револьвер­ные станки) составляют около 35%, поэтому токар­ные резцы являются наибо­лее распространенным и к тому же наиболее простым видом режущего инструмента.

Резец состоит из головки, т. е. рабочей части, и тела, или стер­жня (рис. 1), служащего для закрепления резца в резцедержа­теле. Головка резца образуется специальной заточкой (на заточ­ных станках [48, 49]) и имеет следующие элементы: переднюю поверх­ность, задние поверхности, режущие кромки и вершину.


Рис. 1. Элементы резца

Передней поверхностью называется поверхность резца, по которой сходит стружка.

Задними поверхностями называются поверхности рез­ца, обращенные к обрабатываемой заготовке (главная и вспомо­гательная). У резцов передняя и задние поверхности делаются ча­ще в виде плоскостей.

Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей; их две — главная режу­щая кромка и вспомогательная.

Главная режущая кромка (лезвие) выполняет основную работу резания. Она образуется от пересече­ния передней и главной задней по­верхностей.

Вспомогательная режу­щая кромка (лезвие) образуется от пересечения передней и вспомога­тельной задней поверхностей. Вспомо­гательных режущих кромок может быть две (например, у отрезного резца).

Вершина резца — это место сопряжения главной и вспомогатель­ной режущих кромок; при криволи­нейном сопряжении режущих кромок вершина имеет скругленную форму радиуса г (рис. 3). резцы разделяются на правые и левые.


Рис. 2. Левый и правый резцы

Правыми резцами называются такие, у которых при наложе­нии на них сверху ладони правой руки (так, чтобы четыре пальца были направлены к вершине) главная режущая кромка оказывает­ся расположенной на стороне большого пальца. При работе такими резцами на токарном станке они перемещаются справа налево (от задней бабки к передней).

Левыми резцами называются такие резцы, у которых при наложении, как указано выше, ладони левой руки главная режу­щая кромка оказывается расположенной на стороне большого пальца.

По форме и расположению головки относительно стержня резцы разделяются на прямые (рис. 3, а), отогнутые (рис. 3, б), изогнутые (рис. 3, в) и с оттянутой головкой (рис. 3, г).


Рис. 3. Резцы с различной формой и расположением головки

У прямых резцов ось прямая. У отогнутых резцов голов­ка резца в плане отогнута в сторону. У изогнутых резцов ось резца изогнута в боковой проекции. У резцов с оттянутой го­ловкой головка уже тела резца. Она может быть расположена как симметрично относительно оси тела резца, так и смещена по отношению к ней; головка может быть прямой, отогнутой и изо­гнутой.

Высотой головки резца А называется расстояние верши­ны резца от опорной поверхности, измеренное перпендикулярно к ней. Высота головки считается положительной (рис. 4, а), когда вершина резца выше опорной поверхности, и отрицательной (рис. 4, б), когда вершина резца ниже опорной поверхности.



Рис. 4. Высота головки резца (а – положительная; б – отрицательная )
Длиной головки резца (см. рис. 3, а) называется наи­большее расстояние от вершины резца до линии выхода поверх­ности заточки, измеренное параллельно боковой стороне тела резца.

На обрабатываемой заготовке (рис. 5) различают следующие поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность ре­зания.

Обрабатываемой поверхностью называется поверх­ность заготовки, которая будет удалена в результате обработки.

Обработанной поверхностью называется поверх­ность, полученная после снятия стружки.

Поверхностью резания называется поверхность, обра­зуемая на обрабатываемой заготовке непосредственно главной режущей кромкой. Поверхность резания является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

Рис. 5. Плоскость резания, основная плоскость и поверхности при точении
1.2. Углы резца

Режущая часть резца имеет форму клина, заточенного с опре­деленными углами. Для определения углов резца устанавливают­ся следующие исходные плоскости: плоскость резания и основная плоскость.

Плоскостью резания называется плоскость, касатель­ная к поверхности резания и проходящая через главную режу­щую кромку (рис. 5). На рис. 6 показан след этой плоскости.

Основной плоскостью называется плоскость, параллель­ная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно оси заготовки) перемещениям резца. У токар­ных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя (опорная) поверхность

резца (см. рис. 4 и 5).

Рис. 6. Поверхности заготовки и углы резца

Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости, т.е. в плоскости, перпендикулярной к проекции главной режущей кромки на основную плоскость. К главным уг­лам резца относятся задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания (см. рис. 6).

Главным задним углом ? 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 ά — угол между глав­ной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Углом заострения ? называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Главным передним углом ? называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной Углом резания б называется угол между передней поверх­ностью резца и плоскостью резания.

При положительном значении угла y между углами сущест­вуют следующие зависимости:

При отрицательном значении угла у значение б > 90°.

Кроме рассмотренных главных углов, резец характеризуется вспомогательными задним и передним углами, углами в плане и углом наклона главной режущей кромки (рис. 6 и 7).

Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки резца
Вспомогательным задним углом ах называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, про­ходящей через вспомогательную режущую кромку перпендику­лярно основной плоскости. Вспомогательный задний угол измеряет­ся во вспомогательной секущей плоскости, пер­пендикулярной к проекции , вспомогательной режущей кромки на основную плоскость. В этой же плоскости рассматривается и вспомогательный передний угол Yi-

Главным углом в плане ? называется угол между про­екцией главной режущей кромки на основную плоскость и напра­влением подачи.

Вспомогательным углом в плане ?х называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Углом при вершине в плане ? называется угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость. В сумме ? + ? + ? х = 180°.

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 основной плоскости (рис. 6 и 7).

Угол наклона главной режущей кромки считается отрица­тельным, когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки (рис. 7, а); равным нулю — при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости (рис. 7,б), и по­ложительным, когда вершина резца является наинизшей точкой режущей кромки (рис. 7, в).

Кроме углов у и а, рассматриваемых в главной секущей пло­скости, иногда (например, при заточке) приходится иметь дело с углами, рассматриваемыми в продольной (параллельной оси рез­ца) и поперечной (перпендикулярной к оси резца) плоскостях (рис. 8). В продольной плоскости А А главная режущая кромка будет иметь углы ?прод и ?прод а в поперечной плоскости Б Б — уг­лы ?попер и ?попер

Рис. 8. Углы резца в продольной и поперечной плоскостях




Рис. 9. Схема для определения угла ?попер
Зависимость между углами а и апопер определится из схемы, приведенной на рис. 9.

Из прямоугольного треугольника DOE, расположенного в главной секущей плоскости NN (см. рис. 8),

.

Из прямоугольного треугольника DОС, расположенного в сечении Б Б (см. рис. 8),

.

Поделив одно уравнение на другое, получим

.

Из прямоугольного треугольника ОЕС

;

тогда или .

Между другими углами существуют следующие зависимости:

;

;

или



Значения углов ? и ? берутся со своими знаками

Указанные углы резца, а также форма передней поверхности и форма режущих кромок относятся к геометрическим элементам режущей части инструмента, которые оказывают большое влияние на осуществление процесса резания металлов и на его производительность.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации