Курсовая работа: Технологические методы лезвийной обработки резанием

Основным режущим элементом любого инструмента является режу­щий клин (рис. 1.1, а ). Его твердость и прочность должны существенно превосходить твердость и прочность обрабатываемого материала, обес­печивая его режущие свойства. К инструменту прикладывается усилие резания, равное силе сопротивления материала резанию, и сообщается перемещение относительно заготовки со скоростью ν . Под действием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и, разрушая обрабатываемый материал, срезает с поверхности заготовки стружку. Стружка образуется в результате интенсивной упругопластической дефор­мации сжатия материала, приводящей к его разрушению у режущей кром­ки, и сдвигу в зоне действия максимальных касательных напряжений под углом φ. Величина φ зависит от параметров резания и свойств обрабатываемого материала. Она составляет ~30° к направлению движения резца[3] .

Внешний вид стружки характеризует процессы деформирования и раз­рушения материала, происходящие при резании. Различают четыре возмож­ных типа образующихся стружек: сливная, суставчатая, элементная и струж­ка надлома (рис. 1.1, б ).

В процессе резания режущий клин, испытывая интенсивное трение, контактирует с материа­лом стружки и обработанной по­верхностью в контактных зонах. Для снижения сил трения и на­грева инструмента применяют принудительное охлаждение зо­ны резания смазочно-охлаждающими средами (СОС), подавая их в зону резания специальными устройствами.

Рис. 1.1. Условная схема процесса резания:

а – 1 – обрабатываемый материал; 2 – стружка; 3 – подача смазочно-охлаждающих средств; 4 – режущий клин; 5 – режущая кромка; φ – угол сдвига, характеризующий положение условной плоскости сдвига (П) относительно плоскости резания; γ – главный передний угол режущего клина; Р _z – сила резания; Р _y – сила нормального давления инструмента на материал; С_{γ u} , С_{γ l} – длины пластичного и упругого контактов; С_γ , С _a – длина зон контактного взаимодействия по передней и задней поверхностям инструмента; LOM – область главного упругопластичного деформирования при стружкообразовании; FKPT – область вторичной контактной упруго–пластичнеской деформации металла; h – глубина резания; Н – толщина зоны пластического деформирования (наклепа) металла.

Детали и инструменты закрепляются в специальных орга­нах станка или приспособлениях. Станок, приспособление, инстру­мент и деталь образуют силовую систему (СПИД), передающую усилие и движение резания от привода станка режущему инструменту и детали.

Реальные схемы различных способов обработки резани­ем, используемый инструмент, а также виды движения инструмен­та и заготовки в процессе обра­ботки приведены на рис. 1.2. В зависимости от используемого типа инструмента способы меха­нической обработки подразделя­ются на лезвийную и абразивную.

Отличительной особенно­стью лезвийной обработки явля­ется наличие у обрабатываемого инструмента острой режущей кромки определенной геометрической формы, а для абразивной обработки – наличие различным образом ориентированных режущих зерен абразивного инструмента, каждое из которых представляет собой микроклин.

Рис. 1.2. Схемы способов обработки резанием:

а – точение; б – сверление; в – фрезерование; г – строгание; д – протягивание; е – шлифование; ж – хонингование; з – суперфиниширование; D_r – главное движение резания; D_s – движение подачи; R_o – обрабатываемая поверхность; R – поверхность резания; R_оп – обработанная поверхность; 1 – токарный резец; 2 – сверло; 3 – фреза; 4 – строгальный резец; 5 – протяжка; 6 – абразивный круг; 7 – хон; 8 – бруски; 9 – головка.

Рис. 1.3. Конструкция и элементы лезвийных режущих инструментов:

а – токарного резца; б – фрезы; в – сверла; 1 – главная режущая кромка; 2 – главная задняя поверхность; 3 – вершина лезвия; 4 – вспомогательная задняя поверхность лезвия; 5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – передняя поверхность; 7 – крепежная часть инструмента.

Рассмотрим конструкцию лезвийных инструментов, используемых при резании (рис. 1.3). Инструмент состоит из рабочей части, включающей ре­жущие лезвия, образующие их поверхности, режущие кромки и крепежной части, предназначенной для установки и закрепления в рабочих органах станка.

Основными способами лезвийной обработки являются точение, сверле­ние, фрезерование, строгание и протягивание. К абразивной обработке относятсяпроцессы шлифования, хонингования и суперфиниша. В основу классификации способов механической обработки заложен вид используемого инструмента и кинематика движений. Так, в качестве инструмента при точении используются токарные резцы, при сверлении – сверла, при фрезеровании – фрезы, при строгании – строгальные резцы, при протягивании – протяжки, при шлифовании – шлифовальные круги, при хонинговании – хоны, а при суперфинише – абразивные бруски. Любой способ обработки включает два движения (рис. 1.2.): главное – движене резания D_r – и вспомогательное – движение подачи D_s . Главное движение обеспечивает съем металла, а вспомогательное – подачу в зону обработки следующего необработанного участка заготовки. Эти движения осуществляются за счет перемещения заготовки или инструмента. Поэтому при оценках движение инструмента во всех процессах резания удобно рассматривать при неподвижной заготовке как сум­марное (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схемы определения максимальной скорости режущей кромки инструмента υ_е , формы поверхности резания R и глубины резания h при обработке: а – точением; б – сверлением; в – фрезерованием; г – строганием; д – протягиванием; е – хонингованием; ж – суперфинишированием.

Тогда полная скорость перемещения (v_e )произвольной точки М режу­щей кромки складывается из скорости главного движения (v ) и скорости подачи (v_s ):

v_e = v + v_s (1)

Поверхность резания R представляет собой поверхность, которую описывает режущая кромка или зерно при осуществлении суммарного движения, включающего главное движение и движение подачи. При точении, сверлении, фрезеровании, шлифовании поверхности резания — пространственные линейчатые, при строгании и протягивании — пло­ские, совпадающие с поверхностями главного движения; при хонинговании и суперфинишировании они совпадают с поверхностями глав­ного движения.

Поверхности R_o и R_{o п} называются, соответственно, обрабатывае­мой поверхностью заготовки и обработанной поверхностью детали (см. рис. 1.2).

В процессах точения, сверления, фрезерования и шлифования глав­ное движение и движение подачи выполняются одновременно, а в про­цессах строгания, хонингования движение подачи выполняется после главного движения.

1.2. Параметры технологического процесса резания

К основным параметрам режима резания относятся скорость главного движения резания, скорость подачи и глубина резания[4] .

Скорость главного движения резания (или скорость ре­зания) определяется максимальной линейной скоростью главного движения режущей кромки инструмента. Эта скорость выражается в м/с.

Если главное движение резания вращательное, как при точении, сверлении, фрезеровании и шлифовании, то скорость резания будет определяться линейной скоростью главного движения наиболее удаленной от оси вращения точки режу­щей кромки — максимальной линейной скоростью главного движения (см. рис. 1.4):

v = ω D/2 (2)