Лабораторный практикум по дисциплине «Резание материалов» (стр. 6 )

8. Что характеризуют собой показатели степени в формуле (5.1)?

6. Лабораторная работа № 6

Кинематика резания при сверлении

6.1. Цель работы

6.1.1. Изучение конструктивных и геометрических элементов спирального сверла.

6.1.2. Изучение конструкции и принципа работы измерительных инструментов, применяемых при контроле сверл.

6.1.3. Приобретение практических навыков при измерении конструктивных и геометрических элементов сверла.

6.1.4. Исследование изменения переднего и заднего углов сверла вдоль главной режущей кромки.

6.2. Конструктивные и геометрические элементы сверла

Сверление - основной метод получения отверстий в сплошном материале. Сверлением получают отверстия 11...12 квалитета с шероховатостью обработанных поверхностей Rz 20...80.

Кинематическая схема сверления. Процесс резания осуществляется за счет двух совместных движений: вращения сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение резания Dr) и поступательного движения сверла вдоль оси (движение подачи Ds). На сверлильных станках сверло совершает оба движения, на токарных и револьверных станках и автоматах вращается обрабатывае­мая заготовка, сверлу придается только поступательное движение подачи.

Сверло спиральное (рис. 6.1) состоит из рабочей части, включающей режу­щую и направляющую части, шейки и хвостовика. Конические хвостовики сверл имеют лапку, цилиндрические выполняются с поводком или без поводка.

На рис. 6.2 показаны поверхности лезвий сверла и его режущие кромки:

1  - передняя поверхность лезвия - часть поверхности винтовой стружеч­ной канавки;

2  - главная задняя поверхность лезвия может быть конической поверхностью, винтовой или плоскостью;

3  - вспомогательная задняя поверхность лезвия (ленточка) – часть конической поверхности с очень малой конусностью, ось которой совпадает с осью сверла;

4 - главная режущая кромка, образуемая пересечением передней и главной задней поверхностей;

5 - вспомогательная режущая кромка. образуемая пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей;

Рис. 6.1. Конструктивные элементы сверла

Рис. 6.2. Поверхности лезвий сверла и его режущие кромки

6 - поперечная кромка (перемычка) образуется при пересечении двух глав­ных задних поверхностей сверла;

7 - вершина лезвия – точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок;

8 - спинка сверла – заниженная относительно ленточки поверхность, предназначенная для уменьшения трения между сверлом и обработанной поверхностью отверстия.

Геометрические параметры сверла изображены на рис. 6.3. Передний угол сверла g измеряется в плоскости N–N, проходящей через точку режущей кромки, нормально к ней. Задний угол измеряется в плоскости О–О, проходящей через эту же точку, касательно к образующему цилиндру, на котором лежит рассматриваемая точка (параллельно оси сверла).

Передний угол g - угол между касательной к передней поверхности и нормалью в этой же точке к поверхности, которую описывает режущая кромка при вращении ее вокруг оси сверла (усеченный конус). Значение переднего угла является величиной переменной вдоль режущей кромки и зависит от диаметра, на котором лежит рассматриваемая точка. Максимальное значение g – на периферии сверла (в плоскости N1–N1) и минимальное – в районе перемычки.

Рис. 6.3. Статические углы сверла

Задний угол - угол между касательной к окружности, которую описывает точка режущей кромки при вращении ее вокруг оси сверла и касательной в той же точке к задней поверхности сверла. Значение заднего угла является также величиной переменной, максимальное значение – в районе перемычки, а минимальное значение – на периферии сверла (в плоскости О1–О1).

Угол при вершине 2j измеряется между проекцией двух режущих кромок (рис 6.3), образуется заточкой сверла. Величина угла 2j зависит от твердости и прочности материала. Значения угла 2j лежат в пределах от 70° до 140°.

Угол j1 образуется за счет обратной конусности направляющей части сверла и предназначен для исключения возможности защемления сверла в отверстии. Значения угла j1 не превышают 0,5°–1,5°.

Угол w - угол наклона винтовой канавки. Измеряется между касательной к винтовой канавке и осью сверла (рис. 6.1). Значение угла w является величиной переменной, уменьшается от периферии к центру сверла, зависит от свойств обрабатываемого материала и находится в пределах 15°-45°.

Угол наклона перемычки y находится между проекцией главной режущей кромки и перемычки на плоскость, перпендикулярную к оси сверла.

Так же, как и при точении, при сверлении имеют место кинематические (рабочие) углы, которые измеряются относительно линии резания.

6.3. Методические указания по выполнению работы

6.3.1. Измерение конструктивных и геометрических элементов сверла

Конструктивные элементы сверла измеряются универсальными инструментами - штангенциркулем, микрометром, универсальным угломером и другими средствами, имеющимися в распоряжении лаборатории резания. Приемы измерений представлены на рис.

Рис. 6.4. Измерение диаметра сверла штангенциркулем

На рис. 6.4 показано измерение диаметра сверла обычным штангенциркулем, а на рис. 6.5 - измерение диаметра сердцевины сверла микрометром с острыми наконечниками. Длину поперечной кромки lп и ширину ленточки f изме­ряют штангенциркулем у вершины сверла. На рис. 6.6 показано измерение универсальным угломером угла при вершине сверла 2j, на рис. 6.7 - угла наклона поперечной кромки y. Вспомогательный угол в плане j1 определяется по формуле: ,

где (D - D1)/2 - полуразность диаметров сверла, измеренных на расстоянии l2. Для упрощения подсчетов можно значение l2 принимать равным 100 мм.

Рис. 6.5. Измерение толщины сердцевины сверла

Угол наклона винтовой стружечной канавки w определяют либо непосредственным измерением настольным угломером, при этом главную режущую кромку необходимо располагать в горизонтальной плоскости, либо определяют по отпечатку, получаемому путем прокатывания сверла по бумаге и измеряемому универсальным угломером (рис. 6.8). Величину угла w можно определить и по формуле tgw = pD/H, предварительно замерив по отпечатку или непосредственно на сверле шаг винтовой канавки Н.

Рис. 6.6. Измерение угла при вершине универсальным угломером

Рис. 6.7. Измерение угла наклона поперечной кромки универсальным угломером

Рис. 6.8. Измерение угла наклона винтовой канавки w

6.3.2. Измерение заднего угла сверла

Измерение заднего угла сверла производится с помощью универсальной делительной головки (УДГ) и стойки с индикатором. Сверло устанавливается в УДГ, а с помощью индикатора определяется падение задней поверхности в главной секущей плоскости N–N, для чего измерительную ножку индикатора устанавливают с натягом вблизи режущей кромки в точке М на диаметре Дх (рис. 6.9). Ось ножки располагают перпендикулярно к задней поверхности сверла. В положении I шкалу индикатора ставят на 0. В установленном положении записывается показание лимба. Затем сверло поворачивают вокруг своей оси на угол q = 10° в положение II и фиксируют величину К. После поворота сверла на угол ножка индикатора займет положение M2.

Рис. 6.9. Схема контроля заднего угла сверла

Величина заднего угла определяется по формуле:

где К - показания индикатора, мм; q - угол поворота сверла, град.; Dx - диаметр сверла, на котором измеряется задний угол a..

Аналогично можно измерить задний угол as в рабочей плоскости Ps, для этого ось ножки индикатора располагают параллельно оси сверла (рис. 6.10). Пересчет углов из одной плоскости в другую осуществляется по формуле:

Рис. 6.10. Схема измерения заднего угла сверла в рабочей плоскости

6.3.3. Определение передних углов сверла

Передний угол сверла в секущей плоскости N–N произвольно взятой в точке X режущей кромки наглядно представлен на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Схема измерения переднего угла ух

Рис. 6.12. Измерение угла наклона винтовой канавки по отпечатку

На рис. 6.12 показаны развертки винтовых линий, лежащих на цилиндрах диаметром D, D1, D2.

Из рис. 6.12 видно, что передние углы в рабочей плоскости для рассматриваемых точек будут определяться по формулам:

Для произвольной точки режущей кромки, лежащей на диаметре Dx, будем иметь

где Н - шаг винтовой канавки сверла, мм.

Так как в любой точке Х режущей кромки шаг винтовой линии сверла Н остается постоянным, то можно написать

.

В секущей плоскости N-N передний угол определяется пересчетом по формуле:

.

Окончательная формула пересчета имеет вид:

.

6.4. Охрана труда и техника безопасности

При проведении работы в лаборатории должны выполняться требования действующей инструкции по технике безопасности при работе с металлорежущим оборудованием и оснащением. В данной работе следует особое внимание обращать на опасность травматизма при обращении с остро заточенными лезвиями металлорежущих инструментов. Необходимо предотвращать падение инструментов и случайное резкое воздействие их лезвий на кожный покров человека. Следует обязательно проверить надежность крепления универсальной делительной головки на столе фрезерного станка с целью предотвращения ее падения на пол и ноги работающего.

6.5. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Ознакомиться с содержанием и методикой проведения работы.

2. Изучить конструкцию сверла, принцип действия измерительных приборов.

3. Измерить конструктивные параметры сверла и углы 2j, j1, y, w. Результаты измерений занести в табл. 6.1.

4. Измерить величину заднего угла для 3-4 точек режущей кромки, результаты занести в табл. 6.2.

5. Выполнить расчет передних углов для тех же диаметров Dx, результаты вычислений занести в табл. 6.3.

6. Построить графики изменения переднего g и заднего a углов вдоль главной режущей кромки, т. е. графики зависимостей g = f(Dx), a = f(Dx).

7. Зарисовать эскиз сверла с простановкой всех линейных и угловых размеров.

Таблица 6.1.

Результаты измерений конструктивных и геометрических

элементов сверл

№ сверла	Диаметр сверла	Диаметр сердцевины	Длина частей сверла	Ширина ленточки f	Длина перемычки lп	Геометрические параметры
у вершины D, мм	у хвостовика D1, мм	у вершины dс, мм	у хвостовика dс, мм	рабочей l, мм	режущей l1, мм	направляющей l2, мм	2j	j1	y	w
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Таблица 6.2

Результаты измерений заднего угла сверла

№ пп	Диаметр сверла D, мм	Диаметр, на котором измеряется задний угол Dx, мм	Угол поворота сверла q, град	Показания индикатора К, мм	tga, град	а, град	аN, град
1	2	3	4	5	6	7	8

Таблица 6.3

Результаты расчетов переднего угла сверла

№ пп	Диаметр сверла D, мм	Диаметр, на котором рассчитывается передний угол Dx, мм	Шаг винтовой канавки H, мм	Главный угол в плане j	Угол наклона винтовой канавки w	tgg	g
1	2	3	4	5	6	7	8

6.6. Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Задание на измерение и расчет основных конструктивных и геометрических параметров.

4. Заполнение табл. 6.1-6.3.

5. Эскиз сверла с указанием его основных конструктивных и геометрических элементов и их значений.

6. Схемы измерения параметров сверла (по заданию преподавателя).

6.7. Контрольные вопросы

1. Что называется кинематической схемой резания? Приведите ее для процесса сверления.

2. Назовите основные части и поверхности сверла.

3. Дайте определение углов резания сверла.

4. Как изменяются значения передних и задних углов сверла по длине режущей кромки?

5. Поясните схемы измерения углов сверла.

7. Лабораторная РАБОТА № 7

ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

7.1. Цель работы

7.1.1. Изучить влияние различных параметров процесса резания на шероховатость обработанной поверхности.

7.1.2. Провести экспериментальные исследования влияния одного из технологических параметров токарной обработки (скорости резания, подачи, переднего угла или радиуса закругления вершины резца) на шероховатость поверхности.

7.2. Теоретическая часть

Срок службы и надежность работы машин во многом зависят от качества обработки отдельных деталей. Одним из основных критериев оценки качества обработанных деталей является шероховатость поверхности, на которую влияют скорость резания, подача, глубина резания, геометрия режущей части инструмента и другие факторы.

Шероховатость обработанной поверхности определяется микронеровностями, которые образуются в процессе резания и являются следом рабочего движения режущей кромки резца. На рис. 7.1 и 7.2 показаны теоретические профили обработанных поверхностей.

Высота микронеровностей для случая обработки резцом с радиусом при вершине r, равным нулю, может быть определена из следующих соотношений:

KO = ON ctg j1 = h ctg j1; OL = ON ctg j = h ctg j.

. (7.1)

Когда теоретический профиль образуется как след только криволинейного участка режущей кромки BCF с радиусом r (рис. 7.2), то

Из треугольника ОВЕ

.

Тогда окончательно высота остаточных гребешков определится по формуле (7.2):

(7.2)

Рис. 7.1. Теоретический профиль обработанной поверхности при r = 0

Рис. 7.2. Теоретический профиль обработанной поверхности при r > 0

Из анализа формул (7.1) и (7.2) следует, что высота h уменьшается с уменьшением подачи S, главного j и вспомогательного j1 углов в плане, а также с увеличением радиуса при вершине резца r.

Как показывают опыты, высота h действительного профиля обработанной поверхности значительно больше теоретического. Это является результатом пластического и упругого деформирования поверхностного слоя обрабатываемой детали в процессе резания.

7.3. Влияние условий обработки на шероховатость поверхности

Для данного материала детали на шероховатость поверхности влияют метод и режимные условия обработки. Влияние режимов резания на шероховатость поверхности стальных заготовок характеризуется следующими данными.

7.3.1. Влияние скорости резания на шероховатость обработанной

поверхности

Шероховатость обработанной поверхности возрастает при обработке со скоростями резания, обусловливающими образование так называемого нароста. При этом высота микронеровностей Rz достигает наибольшего значения при скоростях резания 15­–20 м/мин. При дальнейшем увеличении скоростей резания, при прочих неизменных условиях, шероховатость поверхности уменьшается, стабилизируясь при скоростях резания более 100–150 м/мин.

Общий характер зависимости шероховатости поверхности от скорости резания показан на рис. 7.3, где высота микронеровностей до горизонтальной линии ab образуется в результате действия других причин, а увеличение высоты микронеровностей выше линии ab происходит из-за наростообразования.

С увеличением скорости резания глубина наклепа возрастает, однако при скоростях резания выше 20 м/мин она уменьшается.

Рис. 7.3. Зависимость шероховатости обработанной поверхности от

скорости резания

7.3.2. Влияние подачи резца и глубины резания на шероховатость обработанной поверхности

Подача S (рис. 7.4) влияет на шероховатость в зависимости от используемого режущего инструмента и условий обработки. При точении стандартными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления при вершине резца (до 2 мм) подача существенно влияет на шероховатость (кривая 1). Если точение производится резцами с широкой режущей кромкой, установленной параллельно оси изделия, изменение подачи не отражается на шероховатости (кривая 2).

Рис. 7.4. Влияние подачи резца на шероховатость поверхности

Глубина резания на шероховатость практически не оказывает влияния. Изменение шероховатости с увеличением глубины резания, когда инструмент режет не по корке, а по основному материалу, связано с изменением физико-механических свойств материала в зоне резания.