Контрольная работа по "Процессы и операции формообразования"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра машиностроения и материаловедения

 

Контрольная Работа

По дисциплине: Процессы и операции формообразования

Вариант 3.6

 

Выполнил: студент 3 курса

специальности «ММФ »

группы МС-31

Кренев Дмитрий Сергеевич

Подпись_________

1

 

Проверил:

к.т.н., доцент кафедры машиностроения и материаловедения

Сютов Николай Павлович

Подпись__________

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола

2016

Вариант 3.6

1. Охарактеризовать типы  стружек и объяснить различия  в механизме их образования. Модель  процесса образования сливной  стружки как процесса простого  сдвига и элементы его теории. Раскрыть влияние различных условий  обработки (режимов резания, геометрических  элементов лезвия резца и др.) на форму стружки. Указать тип  стружки, образующийся при заданных  условиях обработки. Описать основные  способы дробления и завивания  сливной стружки.

2. Охарактеризовать силы, возникающие при обтачивании  металлов. Посчитать величину касательной  составляющей силы резания РZ при заданных условиях (табл.18.1). Построить график зависимостей  касательной составляющей РZ от  геометрических элементов лезвия  резца при обработке заданного  материала с режимом резания, соответствующим заданию. Объяснить  эти зависимости.

3. Переферийное фрезерование. Геометрические элементы лезвия  фрезы. Элементы резания и срезаемого  слоя. Фрезерование встречное и  попутное. Для заданных условий  обработки (табл.18.3) выбрать инструмент  и по нормативам рассчитать  режим резания и основное время.

 

 

         1. Процесс резания (стружкообразования) является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим тепловыделением, деформацией металла, износом режущего инструмента и наростообразованием на резце. Деформации при резании распространяются впереди инструмента: в деталь и в стружку. Размеры деформированной области и характер стружкообразования зависят от свойств обрабатываемого материала и условий резания (рисунок 1). Если при обтекании клина материалом образуется сплошная стружка без разрывов и больших трещин, то в этом случае она называется сливной стружкой. Такой тип стружки чаще всего образуется при резании вязких, пластичных материалов. В том случае, когда при резании пластичных материалов имеет место интенсивное трещинообразование, происходит полное разделение стружки на элементы, имеющие определенную правильную форму и последовательность образования, такой тип стружки называется элементной стружкой, или стружкой скалывания.

Очень часто при резании пластичных материалов образуются стружки, не имеющие четко выраженных признаков сливных или стружек скалывания. При их образовании не происходит полного разделения на элементы и трещины заканчивают свое развитие в толще деформированного материала, не выходя на его наружную поверхность. Такие стружки называют суставчатыми.

При резании хрупких материалов (чугуна, бронзы, керамических материалов и др.) происходит вырывание отдельных частиц поверхностного слоя заготовки режущей частью инструмента. Так как пластического деформирования практически не происходит, то элементы стружки, образующиеся в процессе хрупкого разрушения, не имеют правильной формы. Обработанная поверхность шероховатая с зазубринами и вырывами. Такой тип стружек носит название стружек надлома.

Рисунок 1 – Типы стружек:

а) сливная; б) суставчатая; в) скалывания; г) надлома

 

Изменяя условия резания и состояния материала, можно при его обработке получать различные типы стружек. Так, например, при резании меди с глубоким охлаждением можно получить стружки надлома, а при резании с подогревом твердых и хрупких материалов - стружки скалывания и даже сливные. При резании некоторых современных материалов, применяющихся в технике, например таких, как: высокопрочные и тугоплавкие сплавы, неметаллические, полимерные и композиционные материалы, образуются стружки, по своей форме и внешнему виду значительно отличающихся от вышеперечисленных.

Процесс образования сливной стружки

Модель с единственной плоскостью сдвига, предложенная И.А. Тиме, является наиболее простой моделью стружкообразования. Более сложной моделью с большей степенью детализации является модель процесса образования сливной стружки.

Рис. 2. Схема образования сливной стружки

 

Режущий клин инструмента через площадку контакта с своей передней поверхностью действует на срезаемый слой толщиной а. Сосредоточенная сила Р, с которой передняя поверхность инструмента давит на срезаемый слой, получила название силы стружкообразования.

Зона ОАВСО (рис. 2) называется зоной первичной деформации и имеет форму клина с вершиной на режущей кромке инструмента. Ее нижняя граница ОА вогнута и пересекает траекторию движения режущей кромки. Верхняя граница ОВ выпукла и по длине в 2-4 раза меньше, чем ОА. Линия АВ плавно сопрягает обрабатываемую поверхность со свободной поверхностью стружки. Левее линии ОА находятся недеформированные зерна обрабатываемого материала, правее линии ОВ – полностью сформированная стружка.

Зерно обрабатываемого материала, двигаясь в направлении передней поверхности инструмента со скоростью резания V, начинает деформироваться в точке F и, проходя по траектории своего движения, приобретает все большую степень деформации. В точке Q деформация зерна заканчивается, и оно приобретает скорость Vс, равную скорости стружки.

Линия ОА физически представляет собой сечение поверхности сдвига, на которой сдвигающие напряжения равны пределу текучести обрабатываемого материала на сдвиг. Вся зона I состоит из таких поверхностей и на поверхности, представленной линией ОВ, происходит последняя сдвиговая деформация окончательно упрочненного материала, превращенного в стружку.

Если бы между передней поверхностью инструмента и контактной поверхностью стружки отсутствовало трение, то на этом деформирование зерен срезаемого слоя закончилось. Но т.к. существует трение, то зерна, проходящие при своем движении вблизи от режущей кромки, продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона II – вторичной деформации, ограниченная линией CD и передней поверхностью. Ширина OD этой зоны примерно равна половине ширины площадки контакта с, а ее максимальная высота Δ1 в среднем составляет десятую часть толщины стружки ас .

Наличие зоны вторичной деформации приводит к тому, что по толщине образовавшейся стружки деформация распределена неравномерно. В слое Δ1 деформация может быть в 20 раз больше средней величины.

Зона первичной деформации имеет достаточно развитые размеры лишь при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания границы зоны деформации сближаются, приближаясь к некоторой линии ОЕ, наклоненной к поверхности резания под углом сдвига β1.При этом плоскость ОЕ называется условной плоскостью сдвига.

Основные способы дробления и завивания стружки

Проблема надежного удаления стружки из зоны резания имеет наиболее острое значение при использовании твердосплавных резцов и особенно при обработке пластичных материалов, когда из-за резко возросших скоростей резания значительно увеличивается объем образующейся стружки и изменяется ее форма. Нагретая до высоких температур стружка в виде непрерывной ленты наматывается на заготовку и резец, портит обрабатываемую поверхность и представляет собой серьезную опасность для рабочих, поэтому станочнику приходится часто останавливать станок для ее удаления. 
Для получения транспортабельной формы стружки в виде отдельных кусочков, сегментов, колец, коротких завитков или сплошной пружины применяют специальные способы стружкозавивания и стружколомания. Обычно для этого на передней поверхности резца на пути сходящей стружки создают специальные препятствия в виде лунок, канавок, сферических выступов или углублений вдоль режущей кромки, а также накладных нерегулируемых уступов и регулируемых стружколомов. Примеры таких устройств приведены на рис. 2.7. 
Лунки (рис. 2.7, а, б) и уступы (рис. 2.7, в), применяемые на черновых и получистовых операциях, получают путем вышлифовывания алмазными кругами у проходных резцов с напайными твердосплавными пластинами. К сожалению, они не универсальны, так как для каждого обрабатываемого материала и определенного режима резания требуется определять опытным путем их параметры f, r,a,b и др., обеспечивающие нужную форму стружки. 
Хорошо показала себя заточка фасок переменной ширины вдоль главной и вспомогательной режущих кромок с отрицательным передним углом (рис. 2.7, г). Ребро, образующееся при их пересечении, обеспечивает надежное дробление стружки при точении высоколегированных сталей, но несколько снижает стойкость резца.

Накладные стружколомающие элементы используются двух типов: нерегулируемые (рис. 2.7, д) и регулируемые (рис. 2.7, е). Первые выполняются в виде пластины, напаиваемой сверху режущей пластины. В отличие от лунок и уступов, такой стружколом не снижает прочности режущей пластины, но требует предварительного экспериментального определения положения относительно главной режущей кромки. При переточке резцов необходима перепайка накладной пластины, что неудобно, поэтому такие стружколомы применяются крайне редко. 
Накладные регулируемые стружколомы представляют собой самостоятельные устройства, закрепляемые на суппорте станка. Их рабочая часть выполняется в виде напайной твердосплавной пластины-уступа, устанавливаемой в определенном положении относительно режущей кромки, которое обеспечивает надежное дробление или завивание стружки. Устройство позволяет регулировать положение такого уступа относительно режущей кромки при смене режимов резания. Недостатком уступа является сложность и громоздкость конструкции, ухудшающие условия отвода стружки. 

2. Охарактеризовать силы, возникающие при обтачивании металлов.

При внедрении в материал режущего инструмента на его переднюю и заднюю поверхности действуют нормальные силы N1, N2 и силы трения F1, F2 (рисунок 3). Считая клин абсолютно жестким телом, можно после сложения всех сил получить общую равнодействующую силу R, являющуюся силой сопротивления резанию. Учитывая сложности определения нормальных сил и сил трения, для удобства расчета технологических параметров процесса резания силу R раскладывают в трехосной системе координат X-Y-Z на составляющие, которые измеряют динамометром или рассчитывают по эмпирическим формулам. При свободном ортогональном резании таких составляющих две: в направлении вектора скорости резания – PZ и перпендикулярно поверхности резания – Py.

Рисунок 3 – Схема сил, действующих на режущий клин

Для практических целей обычно используется не сама равнодействующая сила R, а ее составляющие РZ, Рy, Рx (рисунок 4). При этом: величина силы РZ определяет крутящий момент резания, по которому определяются: мощность станка, параметры зубчатых колес и валов механизма скоростей станка, параметры зуба и корпуса режущего инструмента; от величины силы Рy зависят: прогиб обрабатываемой детали и ее точность, параметры деталей механизма поперечной подачи; величина силы Рx является исходной для расчета параметров деталей механизма продольной подачи станка. Кроме этого, составляющие силы резания используются при расчетах параметров шпиндельного узла и жесткости станка.

Рисунок 4 – Разложение силы резания R на три составляющие

 

Три указанные составляющие силы резания взаимно перпендикулярны; поэтому величина и направление равнодействующей силы определяются как диагональ параллелепипеда:

Соотношение величин составляющих сил PZ, Рy, Рx не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режима резания (V, t, S), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания.

Отношения Py/PZ и Px/PZ возрастают с увеличением износа резца; увеличение подачи увеличивает отношение Px/PZ; уменьшение главного угла в плане увеличивает отношение Py/PZ. В некоторыхт случаях обработки одной из двух составляющих (Px или Py) может и не быть. Например, при разрезке прутка отрезным резцом отсутствует сила Px; при подрезке торца трубы резцом с φ=90º и λ=0º отсутствует составляющая Py. Сила PZ действует во всех случаях, и поэтому ее часто называют главной составляющей силы резания или просто силой резания.

Для конкретных условий обработки построим графики зависимостей касательной составляющей силы резания РZ от элементов режима резания.

Сталь 30ХМ; σв = 950 МПа; НВ 240.

Материал инструмента Т15К6; γ = 10°; α = 8°; φ = 30°; φ1 = 10°; λ = 5°; r = 1 мм.

Режим резания: V = 180 м/мин; S = 0,2 мм/об; t = 1 мм.

Подсчитаем составляющую силы резания PZ для заданных условий:

где Cp = 300, x = 1,0, y = 0,75, n = -0,15 [5, стр. 273, табл. 22].

где 

где n = 0,75 [5, стр. 264, табл. 9].

Значения коэффициентов [5, стр. 275, табл. 23]:

Придавая подаче различные значения (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7), подсчитываем соответствующие величины составляющей силы резания PZ и заносим их в таблицу 1.

Таблица 1 – Значения силы PZ при различных подачах

S, мм/об	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
PZ, Н	294	494	670	831	982	1126	1264

Придавая глубине резания различные значения (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5;3,0; 4,0), подсчитываем соответствующие величины составляющей силы резания PZ и заносим их в таблицу 2.