Лабораторный практикум по дисциплине «Резание материалов» (стр. 11 )

Поправочный коэффициент kMp для стали и чугуна, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости

Обрабатываемый материал	Расчетная формула	Показатель степени п при обработке резцами
из твердого сплава	из быстрорежущей стали
Конструкционная углеродистая и легированная сталь sВ, МПа: £ 600 > 600		0,75 0,75	0,35 0,75
Серый чугун		0,4	0,55
Ковкий чугун		0,4	0,55

Таблица 8.15

Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических

параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна

Параметры	Материал режущей части инструмента	Поправочные коэффициенты
Наименование	Величина	Обозначение	Величина коэффициента для составляющих
тангенциальной Pz	радиальной Py	осевой Px
Главный угол в плане j,°	30 45 60 90	Твердый сплав	KjP	1,08 1,0 0,94 0,89	1,30 1,0 0,77 0,5	0,78 1,0 1,11 1,17
30 45 60 90	Быстрорежущая сталь	1,08 1,0 0,98 1,08	1,63 1,0 0,71 0,44	0,7 1,00 1,27 1,82
Передний угол g,°	-15 0 10	Твердый сплав	KgP	1,25 1,1 1,0	2,0 1,4 1,0	2,0 1,4 1,0
12-15 20-25	Быстрорежущая сталь	1,15 1,0	1,6 1,0	1,7 1,0
Угол наклона главного режущего лезвия l,°	-5 0 5 15	Твердый сплав	KlP	1,0	0,75 1,0 1,25 1,7	1,07 1,0 0,85 0,65
Радиус при вершине r, мм	0,5 1,0 2,0 3,0 4,0	Быстрорежущая сталь	KrP	0,87 0,93 1,0 1,04 1,10	0,66 0,82 1,0 1,14 1,33	1,0

7. Расчет мощности

Мощность резания Np, кВт, определяют по формуле:

, (8.12)

где Pz – тангенциальная сила резания, Н; v – скорость резания, м/мин.

Режимы резания считаются рассчитанными правильно, если:

Np £ Nш, (8.13)

где Nш – мощность на шпинделе, определяемая по формуле:

Nш = Nэ×h, (8.14)

где Nэ – мощность электродвигателя; h – коэффициент, учитывающий потери в передачах станка на трение; h = 0,75–0,8.

В случае перегрузки, то есть когда Np > Nш, необходимо уменьшить скорость резания и подобрать такое число оборотов шпинделя, при котором будет выполнимо условие (8.13).

При перегрузке станка по мощности необходимо определить коэффициент перегрузки Кп:

Кп = Np/Nш. (8.15)

Далее находят новое меньшее значение частоты вращения шпинделя, при котором выполняется условие Np = Nш. При этом исходят из того, что мощность, затрачиваемая на резание, прямо пропорциональна скорости главного движения резания и частоте вращения шпинделя.

Тогда новое уменьшенное значение числа оборотов шпинделя n/ш будет равно:

n/ш = nш/ Кп, (8.16)

где nш – действительное значение частоты вращения шпинделя, выбранное по паспорту станка (табл. 8.16).

Таблица 8.16

Частота вращения шпинделя и значение продольной и поперечной подач для станка 16К20

Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600
Продольные подачи, мм/об	0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,4; 2,8
Поперечные подачи, мм/об	0,025; 0,03; 0,0375; 0,045; 0,05; 0,0625; 0,075; 0,0875; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 1,2; 1,4

8. Определение основного времени

Основное (технологическое) время – это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки и получение поверхности требуемой шероховатости. Основное время То, мин, при токарной обработке:

, (8.17)

где L – расчетная длина пути режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; n – частота вращения заготовки, об/мин; Sпр – продольная подача, мм/об; i – число рабочих ходов резца относительно заготовки, необходимое для снятия заданного слоя металла (припуска).

Расчетная длина пути режущего инструмента L, мм, определяется по формуле:

L = l + l1 + l2, (8.18)

где l – длина обработанной поверхности, мм; l1 – величина врезания резца, мм; (l1 = ctgj, где j – главный угол в плане токарного резца); l2 – выход резца (перебег), мм; (l2 = 1 – 3).

8.5. Порядок выполнения лабораторной работы

Точение осуществляется на токарно-винторезном станке 16К20. Измерение шероховатости поверхности выполняется профилографом-профилометром "Сейтроник ПШ8-3 С. С.".

1.  Для своего варианта выписать задние и условия обработки из табл. 8.17.

2.  Начертить эскиз обработки.

3.  Выбрать режущий инструмент, материал пластины, материал и размеры крепежной части резца. Выбрать форму передней поверхности лезвия резца и углы рабочей части.

4.  Определить режимы резания: глубину, подачу и скорость резания.

5.  Определить составляющие силы резания: Рz, Py, Px.

6.  Рассчитать мощность резания и сделать проверку по условию (8.13). При необходимости откорректировать значение скорости резания.

7.  Определить основное время обработки.

8.  Закрепить резец в резцедержателе токарного станка.

9.  Настроить станок на соответствующие режимы резания.

10. Подготовить оборудование для измерения шероховатости поверхности.

11. Изучить инструкцию по технике безопасности при работе на токарных станках.

12. Обточить заготовку с заданными режимами резания.

13. Измерить время обработки и сравнить со временем, рассчитанным по формуле 8.17.

14. Измерить шероховатость обработанной поверхности по методике, изложенной в лабораторной работе № 7. Дать пояснения полученным результатам.

Таблица 8.17

Варианты заданий

№ вари-анта	Материал и способ изготовления заготовки	Способ крепления, обработка, шероховатость Ra, мкм	Жесткость заготовки	D, мм	d, мм	l, мм	l1, мм
1	Поковка, сталь 5, sВ = 600 МПа	В центрах, черновая, Ra = 10 мкм	Средняя	90	83	290	450
2	Отливка с коркой, серый чугун, НВ 160	В патроне, черновая, Ra = 10 мкм	Жесткая	100	92	40	65
3	Прокат, предварительно обработанный, сталь 45, sВ = 680 МПа	В центрах, получистовая, Ra = 2 мкм	Малая	52,5	50	550	740
4	Отливка с коркой, серый чугун, НВ 160	В патроне с поджатым центром задней бабки, черновая, Ra = 8 мкм	Жесткая	90	82	340	400
5	Отливка с коркой, бронза БрАЖ9-4, НВ 120	В центрах, черновая, Ra = 8,5 мкм	Средняя	110	102	440	440

8.6. Содержание отчета

1.  Цель работы.

2.  Расчеты, связанные с выбором режима резания.

3.  Выводы по работе.

8.7. Контрольные вопросы

1.  Какие виды работ могут выполнять токарные резцы?

2.  Какие движения имеют деталь и резец в процессе резания?

3.  Элементы режима резания.

4.  Как определяется скорость резания, ее размерность?

5.  Подача, ее размерность, виды подач.

6.  Глубина резания, размерность.

7.  Равнодействующая сила резания и три ее составляющие.

8.  Порядок выбора режима резания при табличном методе.

9.  Порядок расчета режима резания аналитическим методом.

10.  Последовательность расчета подачи.

11.  Последовательность расчета скорости резания.

12.  Мощность резания, мощность на шпинделе.

13.  Условие проверки режимов резания по мощности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Определение коэффициента стружкообразования при резании абразивным зерном

9.1. Цель работы

9.1.1. Изучить особенности формообразования при обработке материалов шлифованием по сравнению с обработкой лезвийным инструментом.

9.1.2. Ознакомиться с геометрическими параметрами режущих элементов шлифовального круга.

9.1.3. Изучить основные параметры микрорезания при шлифовании.

9.1.4. Изучить влияние радиуса закругления вершины зерна и глубины резания на коэффициент стружкообразования.

9.2. Формообразование при шлифовании

Шлифование − это один из наиболее распространенных процессов абразивной обработки, которая в свою очередь является разновидностью резания. ГОСТ 23505 дает следующее определение терминам «абразивная обработка» и «шлифование»: абразивная обработка – это обработка резанием, осуществляемая множеством абразивных зерен; шлифование – это абразивная обработка, при которой инструмент совершает только вращательное движение, являющееся главным движением резания, а заготовка – любое движение.

Инструментом при шлифовании является шлифовальный круг, представляющий собой твердое тело вращения, состоящее из абразивного зерна, скрепленного между собой связующим веществом (связкой) и разделенного порами.

Абразивный инструмент, как и любое твердое тело, имеет определенное внутреннее и поверхностное строение. Внутреннее строение задается рецептурой и технологией изготовления. Рецептура частично отражается в характеристике инструмента. Состояние поверхностного слоя зависит от внутреннего строения, условий правки и эксплуатации инструмента. Поскольку абразивная обработка осуществляется именно поверхностной частью абразивного инструмента, её строение для описания процесса имеет первоочередное значение. Основными параметрами поверхностного слоя являются число зерен и закономерность их распределения.

Определяющим принципом шлифования или абразивной обработки в целом, как и любого процесса резания, является удаление материала в виде стружки.

Основным режущим элементом при абразивной обработке является зерно. Связка круга при достаточной твердости (например, керамическая) также может оказывать механическое воздействие на обрабатываемый материал. Но её вклад в образовании царапин по сравнению с абразивными зернами весьма незначителен. Поэтому механическое взаимодействие связки круга с обрабатываемым материалом, результатом которого являются шлифовочные царапины, как правило, не рассматривается. Но связка оказывает существенное влияние на процесс шлифования. Она определяет прочность закрепления зерна в круге, с помощью связки в зону шлифования можно транспортировать, например, смазочные материалы и т. д.

Шлифование, хотя и является разновидностью процесса резания, тем не менее имеет ряд существенных отличий от обработки лезвийным инструментом.

У обычных много­лезвийных инструментов режущие элементы находятся только на поверхности, число их всегда постоянно, т. е. не зависит от условий обработки и регламентируется ГОСТом. В шлифоваль­ных инструментах режущие элементы (абразивные зерна) рас­положены не только на поверхности инструмента, но и во всем его объеме, а их количество зависит от условий правки и шлифования. Поэтому число и геометрические параметры режущих элемен­тов как переменные факторы не могут регламентироваться ГОСТом. Вследствие этого шлифовальный круг является инстру­ментом, в котором гостируются параметры его внутреннего объемного строения, в частности: размер зерна (зернистость), количество зерна (структура) и связки (твердость).

На рабочей поверхности шлифовального круга зерна расположены случайным образом. Рассматривая зерно, точнее его вершину, как элементарное лезвие получаем, что в отличие от лезвийного инструмента режущая кромка шлифовального круга является прерывистой. Расстояния между вершинами зерен (элементарными лезвиями) по окружности и радиусу не одинаковы. Исходная форма элементарных лезвий также не одинакова. Поскольку радиус округления вершины зерна соизмерим с глубиной резания, большое влияние на процесс оказывает соотношение между ними. Наличие относительно больших радиусов округления вершин зерен приводит к тому, что резание осуществляется с отрицательными передними углами. При резании лезвийным инструментом передний угол, как правило, положительный.

Каждое зерно представляет собой самостоятельный режущий инструмент. Но в отличие от лезвийных инструментов режущая кромка зерна не имеет постоянной формы, поскольку в процессе взаимодействия с обрабатываемым материалом подвергается различным видам изнашивания, постоянно изменяющих рабочую часть.

При обычном шлифовании время контакта зерна с металлом составляет 10-4–10-5 с, то есть весьма незначительно. За это время температура поверхности зерна может достигнуть температуры плавления обрабатываемого материала. Основными источниками возникновения тепла являются трение и пластические деформации. Около 80 % механической энергии шлифования превращается в теплоту. Для лезвийной обработки обычных сталей температура не превышает 300–400 ºС и лишь при резании на малых глубинах высокопрочных сталей может достигать 500–600 ºС.

Шлифование является процессом массового микрорезания поверхностного слоя обрабатываемого материала большим количеством зерен, тогда обработанная поверхность материала после шлифования будет представлять собой со­вокупность царапин, образованных верши­нами зерен.

Формирование царапины происходит в результате пластического деформирования обрабатываемого материала (пластически смятая, выдавленная царапина), пластического деформированная с последующим отделением части материала в виде стружки (пластически деформированная и вырезанная царапина), хрупкого разрушения с минимальным пластическим деформированием и образованием стружки скалывания. Для пластичных материалов характерны первые два варианта образования царапины. Третий вариант может быть реализован при шлифовании хрупких материалов.