Учебно методический комплекс дисциплины дс. 4 «Технология материалов» основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям)

Тема: «Основы теории резания. Лезвийная обработка». Цель: изучить особенности лезвийной обработки конструкционных материалов. План: Особенности лезвийной обработки резанием. Кинематика резания. Элементы резания и срезаемого слоя. Система сил в процессе резания. Разложение силы резания на составляющие Pz, Py, Px. Действие составляющих сил резания и их реактивных значений на заготовку, резец приспособление, станок. Влияние различных факторов на силу резания. 1. Особенности лезвийной обработки резанием. При обработке металлов резанием изделие получается в результате срезания с заготовки слоя припуска, который удаляется в виде стружки. Готовая деталь ограничивается вновь образованными обработанными поверхностями. На обрабатываемой заготовке в процессе резания различают обрабатываемую и обработанную поверхности. Кроме того, непосредственно в процессе резания режущей кромкой инструмента образуется и временно существует поверхность резания (рис. 29). Для осуществления процесса резания необходимо и достаточно иметь одно взаимное перемещение детали и инструмента. Однако для обработки поверхности одного взаимного перемещения, как правило, недостаточно. В этом случае бывает необходимо иметь два или более, взаимосвязанных движений обрабатываемой детали и инструмента. Совокупность нескольких движений инструмента и обрабатываемой детали и обеспечивает получение поверхности требуемой формы. При этом движение с наибольшей скоростью называется главным движением (Dг), а все остальные движения называются движениями подачи (Ds). Суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение и движение подачи, называется результирующим движением резания (De). Геометрическая сумма скорости главного движения резания и скорости движения подачи определяет величину скорости результирующего движения резания (Ve). Плоскость, в которой расположены векторы скоростей главного движения резания и движения подачи (рис. 2.1), называется рабочей плоскостью (Ps). В этой плоскости измеряются угол скорости резания и угол подачи . Для случаев токарной обработки этот угол равен 90 градусам. Интенсивность процесса резания определяется напряженностью режима резания. Режим резания характеризуют три параметра: глубина резания t (мм); подача s (мм/об); скорость резания v (мм/мин); Элементы режима резания: глубина подача и скорость, обозначаются строчными (малыми) буквами латинского алфавита. Глубиной резания называется толщина слоя обрабатываемого материала, срезаемого за один проход инструмента. Подачей называется величина перемещения инструмента или обрабатываемого изделия в единицу времени или величина, этого перемещения, отнесенная к величине главного движения. 1 – обрабатываемая поверхность, 2 — обработанная поверхность, 3 – поверхность резания.   Рис.29 Поверхности и движения при резании.   Ps – рабочая плоскость, V – вектор скорости резания, Vs – вектор скорости движения подачи, Ve – вектор скорости результирующего движения. Dг – главное движение, Ds – движение подачи, De – результирующее движение. Скоростью резания называется скорость перемещения поверхности резания относительно режущей кромки инструмента. Скорость резания можно представить как путь, пройденный режущим инструментом в единицу времени в направлении главного движения по поверхности резания. 2. Кинематика резания. Элементы резания и срезаемого слоя. Величина подачи и глубины резания определяют размер площади поперечного сечения срезаемого слоя (сечения среза): , мм2. Процесс пластической деформации срезаемого слоя и напряженность процесса резания наиболее полно оценивается не величиной площади поперечного сечения среза, а величинами ширины и толщины поперечного сечения срезаемого слоя (см. рис.8.2). Толщиной срезаемого слоя (среза) a называется расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания. Шириной срезаемого слоя b называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Форма поперечного сечения среза зависит от формы режущей кромки инструмента и от расположения ее относительно направления движения подачи. При резании инструментом с прямолинейной режущей кромкой толщина среза а постоянна на всей ширине среза, а при резании инструментом с криволинейной режущей кромкой толщина среза неодинакова в разных точках по ширине среза. Из рис.30 видно, что при постоянных значениях подачи s и глубины резания t ширина среза b и толщина среза a изменяются в зависимости от положения режущей кромки, в зависимости от угла между режущей кромкой и направлением подачи. Рис. 30. Форма и размеры площади поперечного сечения среза   Здесь видно, что: f1 = f2 = f3 = t. s = a1. b1 = a2. b2 = a3. b3, a1 > a2 > a3; b1 < b2 < b3; ; , при , поэтому , a = s, b = t.   В результате того, что режущий инструмент имеет вспомогательный угол не равный нулю, фактическая площадь среза fфакт. меньше номинальной на величину площади среза остающихся на обработанной поверхности гребешков. Величина их несоизмеримо мала по сравнению с номинальной, и для выполнения каких-либо расчетов ею можно пренебречь. Производительность обработки резанием может характеризоваться объемом металла, срезаемого в единицу времени. Этот объем, мм3/мин, может быть определен как произведение площади поперечного сечения среза и длины пути, пройденного режущим инструментом в единицу времени – скорости резания: , мм3/мин, где:    t – глубина резания, мм; s – подача, мм/об; v – скорость резания, м/мин; Кроме того, производительность механической обработки может оцениваться также величиной площади поверхности, обработанной в единицу времени, или по другим показателям. 3. Система сил при свободном резании  При механической обработке готовая деталь-изделие требуемой формы и качества обработанных поверхностей получается в результате удаления с заготовки слоя (слоев) припуска в виде стружки, состоящей из пластически деформированного обрабатываемого материала. Пластическое деформирование срезаемого слоя припуска происходит под действием силы, превосходящей сопротивление обрабатываемого материала его деформации и разрушению. Для выявления физической природы сил, действующих на режущий инструмент со стороны обрабатываемого материала, представленную на рис.31. плоскую систему сил, действующих на режущий инструмент при свободном резании. Образующаяся стружка опирается на переднюю поверхность инструмента и действует на него с силой нормального давления N. Рис.31. Рис.32.   Кроме этого стружка перемещается по передней поверхности и действует на нее с силой трения F. Со стороны главной задней поверхности обрабатываемый материал в результате упругого последействия давит на заднюю поверхность с силой нормального давления N1. Перемещение поверхности резания относительно задней поверхности инструмента вызывает действие силы трения F1. Таким образом, на площадках контакта обрабатываемого материала с режущим инструментом на рабочих поверхностях последнего действуют нормальные и касательные силы, геометрическая сумма которых рис.31. дает равнодействующую P, произвольно направленную в пространстве. В инженерных расчетах используется не сама эта сила, а ее проекции на взаимно перпендикулярные направления: направление Z и направление Y. Каждая проекция называется составляющей силы резания и имеет свое собственное название: проекция на ось Z называется главной составляющей силы резания, обозначается Pz, проекция на ось Y называется радиальной составляющей силы резания, обозначается Py. Пластическая деформация смятия срезаемого припуска происходит под действием силы Pz, равной сумме проекций всех действующих в зоне резания сил на ось Z , Здесь:    N- нормальная сила на передней поверхности, F- сила трения на передней поверхности, N1 и F1- нормальная сила и сила трения на задней поверхности, γ- главный задний угол, φ- угол резания. или , ,, где f и f1- коэффициенты трения на передней (f) и задней (f1) поверхностях. , Если принять, что нормальная сила на задней поверхности пропорциональна силе нормального давления на передней поверхности, что N1=k. N, где k-коэффициент пропорциональности, тогда: можно записать, что В этом уравнении силу N можно условно принять равной силе политропического сжатия P при пластическом деформировании образца (рис.8.4), которое протекает согласно закону: , откуда На рис.6.3: P — сила, действующая в ходе процесса пластической деформации; P0 — сила, необходимая для начала пластического деформирования; l0 — длина сжимаемого стержня; l — длина стержня после пластической деформации. Рис.33. Схема процесса политропического сжатия.   Отождествляя процесс резания с процессом пластической деформации срезаемого слоя, считаем, что сжимаемый стержень имеет поперечное сечение , срезаемый слой имеет длину ; силу отождествляем с силой , действующей на переднюю поверхность инструмента в процессе резания. После срезания слоя припуска длиной получается стружка длиной . Сила , тогда отношение есть коэффициент усадки стружки, следовательно , где — условный предел текучести, - глубина резания, - подача, - коэффициент усадки стружки, - показатель политропы сжатия ( по В.Д.Кузнецову =1,25), — коэффициент пропорциональности между силами N и N1. и - коэффициенты трения на передней и задней поверхностях. Это уравнение показывает лишь от каких параметров и условий зависит величина главной составляющей силы резания. Из него видно, что величина главной составляющей силы резания зависит от свойств обрабатываемого материала , сечения среза , условий и величины пластической деформации , геометрии режущего инструмента и и коэффициентов трения на передней и задней поверхностях.  При несвободном резании на режущий инструмент действует пространственная система сил. Режущий инструмент находится в контакте с обрабатываемым материалом по трем рабочим поверхностям его режущей части: по передней, главной задней и вспомогательной задней поверхности. Поскольку эти поверхности инструмента расположены под разными углами друг к другу, то и действующие на этих поверхностях нормальные и касательные силы в пространстве располагаются не параллельно друг к другу, не в параллельных, как при свободном резании, плоскостях. Природа сил, естественно, та же, что и при свободном резании, это силы нормального давления и касательные силы трения. Равнодействующая всех сил при несвободном резании раскладывается на три взаимно перпендикулярных направления X,Y, и Z. Схема сил при несвободном резании представлена на рис.34. Рис. 34.Пространственная система сил при несвободном резании.   Расчет величины составляющих силы резания для практических целей ведется по эмпирическим формулам с использованием данных справочной литературы. Расчет составляющих силы резания: осевой составляющей , радиальной и главной составляющей силы резания производится по эмпирическим формулам PX=CPx. t XPx. s Ypx. v. КP; PY=CPy. t Xpy. s Ypy. v. КP; PZ=CPz. t XPz. s Ypz. v. КP; Здесь: P-проекция (составляющая) силы резания на направления X,Y и Z соответственно, H; CP- константа, зависящая от свойств обрабатываемого материала, по сути своей представляющая удельную силу резания, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения среза, Н/мм2; kP- общий коэффициент, представляющий собой произведение частных коэффициентов, учитывающих конкретные условия резания. 4. Действие составляющих сил резания и их реактивных значений на заготовку, резец приспособление, станок. Влияние различных факторов на силу резания. Процесс пластической деформации срезаемого слоя и образования стружки кроме указанных ранее параметров характеризуется еще и степенью осложненности условий, в которых совершается образования стружки. По этому признаку различают два случая резания: свободное и несвободное (осложненное). Свободное резание. Происходит в случае, когда в резании участвует одна прямолинейная режущая кромка. Деформированное состояние срезаемого слоя при этом является плоским. Пример свободного резания указан на рис.35а. В этом случае деформация совершается в плоскостях, параллельных друг другу, и все элементарные объемы срезаемого слоя могут свободно перемещаться в параллельных направлениях. Свободное резание может осуществляться также при строгании прямых гребешков на плоской поверхности призматической заготовки или при точении с поперечной подачей буртика на цилиндрическом образце (заготовке). Длинна прямолинейной режущей кромки инструмента в обоих этих случаях должна быть больше ширины гребешков или буртика на ширину перекрытия режущего лезвия. Свободное резание обычно производится при выполнение каких-либо экспериментов в различных исследованиях. Это делается для того, чтобы исключить влияние осложненного деформирования срезаемого слоя на исследуемое явление. Получить хороший корень стружки для изучения, например, пластической деформации срезаемого слоя или образования нароста, можно только при свободном резании, при котором все явления в зоне резания совершаются в семействе параллельных плоскостей, поэтому одинаковы в каждой из них. Рис. 35. Свободное (а) и несвободное резание (б).   Несвободное (осложненное) резание (рис.35 б). Характеризуется тем, что отдельные объемы срезаемого слоя на разных участках режущей кромки перемещаются в разных направлениях, что создает условия сложного деформирования и затрудняет образование стружки. При несвободном резании отдельные элементарные объемы срезаемого слоя перемещаются в разных направлениях и поэтому в разных точках зоны резания одни и те же явления совершаются по-разному, с разной степенью интенсивности. Картина состояния материала в зоне резания в одной секущей плоскости не является типичной для всех других секущих плоскостей и не повторяет картины состояния материала в других секущих плоскостях. По расположению режущей кромки режущего лезвия относительно направления главного движения (вектора скорости резания) резание может быть прямоугольным или косоугольным. При расположении режущей кромки под прямым углом к направлению главного движения резание называется прямоугольным. Если же режущая кромка расположена к направлению резания не под прямым углом (косо), резание называется косоугольным. При прямоугольном резании стружка завивается в плоскую логарифмическую спираль, а при косоугольном резании – в винтовую, направление и шаг которой зависят от расположения кромки. Резание может осуществляться режущими инструментами с одним режущим лезвием или с несколькими. Согласно этому резание может называться однолезвийным или многолезвийным. Оно может быть непрерывным, например, при точении, или прерывистым, как при фрезеровании, и происходить с постоянным или переменным сечением среза. Конкретная задача процесса резания заключается в образовании новой поверхности. Поскольку прочность обрабатываемого материала соизмерима с прочностью материала инструмента, для обеспечения работоспособности инструмента его приходится упрочнять путем увеличения угла заострения до 90о и более. При такой конфигурации инструмента весь срезаемый слой припуска подвергается пластической деформации и превращается в стружку, а сам процесс резания по существу становится процессом пластической деформации всего срезаемого слоя припуска на обработку. Деталь обрабатываемая на станках токарной группы, должна отвечать следующим технологическим требованиям. Масса детали должна быть уравновешена относительно ее оси вращения. Число поверхностей детали, имеющих форму тел вращения, должно быть максимально. Желательно, чтобы обрабатываемые поверхности не имели разрывов (шпоночные пазы, лыски). Вращение неуравновешенной детали, точение прерывистых поверхностей приводят к возбуждению колебаний в технологической системе СПИД, что отрицательно сказывается на стойкости режущего инструмента и снижает точность обработки. При конструировании детали необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволит применить стандартные режущие инструменты. Следует избегать применения нежестких элементов в конструкции детали (длинные и тонкие шейки, тонко стенные втулки). Точение нежестких заготовок не обеспечивает необходимой точности обработки и требует применения специальных приспособлений (люнетов, многолепестковых цанг). Целесообразна унификация элементов детали (одинаковые размеры фасок, радиусов закруглений, канавок), что позволяет выполнять одинаковые элементы одним режущим инструментом. Желательно, чтобы обработанная поверхность в начале имела фаску для постепенного врезания режущего инструмента и заканчивалась кольцевой канавкой для свободного выхода режущего инструмента. Неответственные поверхности, не сопрягаемые с поверхностями других деталей, можно не обрабатывать, — это снижает трудоемкость обработки детали в целом. Обработка деталей с большими перепадами диаметров приводит к неоправданно большим объемам срезаемой стружки или к применению сложных, дорогостоящих заготовок. Желательно расчленить конструкцию детали: отдельно выполнять вал с шейкой, отдельно — кольцо. Затем кольцо нужно напрессовать на шейку и при необходимости произвести совместную чистовую обработку. Целесообразно заменять сложные фасонные поверхности более простыми. Между фасонной и цилиндрической поверхностями необходимо предусматривать переходную канавку, если деталь заканчивается сферической поверхностью, торец предпочтительно выполнять плоским. Точные внутренние отверстия во втулках нужно выполнять с внутренней вы точкой, это позволит расточить отверстие с одной установки и одним расточным резцом. Обработка точных глухих отверстий затруднительна, лучше заменять их на сквозные. Затруднительна обработка фасонного дна отверстий, поэтому применение вставного дна значительно упростит обработку. Ступенчатые поверхности детали желательно выполнять с постепенным увеличением (у валов) или уменьшением (у отверстий) диаметров по длине детали Длины ступеней должны быть одинаковыми или кратными длине самой короткой ступени, это упрощает наладку станка при обработке на многорезцовых автоматах или полуавтоматах. В торцах валов, обрабатываемых в центрах, необходимо предусматривать центровые технологические отверстия. Желательно избегать обработки поверхностей имеющих ребра. Участки имеющие одинаковый размер но разные допуски, необходимо разграничивать кольцевыми канавками или проточками. Острые грани обработанных поверхностей должны быть притуплены или скруглены. Поверхности шеек валов, сочленяемых с другими деталями должны иметь заходные конусы (фаски). Вопросы для самопроверки: Какие основные параметры процесса резания существуют? Чем отличается свободное резание от несвободного? Какие факторы оказывают наибольшее влияние на процесс резания? Практическое занятие № 1 (2 часа) «Деформация и разрушение металлов». Цель работы: Определить и рассчитать опасное сечение вала с учетом всех действующих нагрузок. План: Влияние дефектов кристаллической решетки на механические свойства материалов. Концентраторы напряжений. Расчет пределов прочности детали на растяжение, кручение, сдвиг, изгиб. Вопросы для коллективного обсуждения: Что такое пластическая деформация? Что такое скольжение и дислокация? Почему хрупкое разрушение называют катастрофическим? Вопросы для коллективного обсуждения: Что такое пластическая деформация? Что такое скольжение и дислокация? Почему хрупкое разрушение называют катастрофическим? Основная литература. Пейсахов А.М., Кучер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. СПб., 2004 г. Черепахин А.А. Технология обработки материалов. М. «Академия», 2004 г. Никифоров В. М. Технология металлов и других конст­рукционных материалов. СПб.: Политехника, 2000 г. Челтыбашев А.А. Технология материалов. Методические рекомендации. Мурманск МГПУ 2008 г. Дополнительная литература. Грановский Г.И., Грановский Г.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985 г. Практическое занятие № 2 (2часа)

Похожие:

	Учебно методический комплекс дисциплины дс. 11 техническое обслуживание... Изучение дисциплины базируется на знаниях студентов, получаемых при изучении следующих дисциплин: "Машиноведение", "Теоретическая...		Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 8 Математические основы... «050703. 00 — Дошкольная педагогика и психология с дополнительной специальностью «Педагогика и психология»
	Учебно-методический комплекс дисциплины гсэ. Ф1 Иностранный Язык... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Учебно-методический комплекс дисциплины дс. Ф. 2 Интернет технологии... Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с понятием информационные ресурсы, общей характеристикой процессов...
	Учебно-методический комплекс дисциплины «технология строительных... Направление подготовки дипломированного специалиста утверждено приказом Министерства образования Российской Федерации от 02. 03....		Учебно-методический комплекс дисциплины фтд. 5 Практикум по переводу... Автор программы: Александрова Е. В., старший преподаватель кафедры иностранных языков мггу
	Учебно-методический комплекс дисциплины «Иностранный язык специальности«Специальность... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Основная образовательная программа высшего профессионального образования... Основная образовательная программа подготовки бакалавра (описание структуры, целей и задач образовательной программы) 4
	Учебно-методический комплекс дисциплины «Технология формирования имиджа» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины «иностранный язык по специальности» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего...
	Учебно-методический комплекс дисциплины технология и оборудование... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины «Геоурбанистика» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Репродуктология... Цель обучения: подготовка квалифицированного врача- специалиста уролога, обладающего системой общекультурных и профессиональных компетенций,...		Учебно-методический комплекс дисциплины «Практикум на эвм» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования...