Технология конструкционных материалов и материаловедение

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Список использованной литературы

ЗАДАЧА 1

257. Напишите уравнение теплового баланса процесса резания и поясните его. Как распределяется тепло между стружкой, заготовкой, резцом и окружающей средой?

Процесс резания металлов сопровождается значительным тепловыделением в результате того, что механическая работа резания переходит в тепловую энергию. Основными источниками возникновения тепла в зоне резания являются:

1 - внутреннее трение между частицами срезаемого слоя в результате его пластической деформации при образовании стружки (Q₁);

2 - трение стружки о переднюю поверхность инструмента (Q₂);

3 - трение поверхности резания и обработанной поверхности по задним поверхностям инструмента (Q₃)..

Схема расположения источников тепла в зоне резания представлена на рис. 257.1.

Рисунок 257.1 - Схема расположения источников тепла в зоне резания

Наиболее интенсивное выделение тепла происходит в области стружкообразования, прилегающей к плоскости скалывания 1-1 в этой области теплота выделяется в результате двух одновременно протекающих процессов: во-первых, в результате пластической деформации сдвига элементов образующейся стружки по плоскости скалывания; во-вторых, в результате пластической деформации сжатия и частично пластической деформации смятия тонкого слоя металла примыкающего к плоскости скалывания со стороны срезаемого слоя припуска. Этот слой показан на рис. 257.2 и выделен штриховкой.

Рисунок 257.2 - Срезаемый слой металла

Упругая деформация всегда предшествует пластической деформации и потому имеет место и при пластической деформации срезаемого слоя при резании металлов. Пластическая деформация в этом слое обнаруживается путем измерения микротвердости и существует по той же причине, что и деформация материала под поверхностью резания и под обработанной поверхностью. Возможно количество тепла, выделяющегося в результате упругой деформации невелико, но предполагать вероятность этого процесса и учитывать его существование необходимо.

Общее количество выделяющегося при резании тепла равно сумме тепла, выделевшегося во всех перечисленных выше источниках:

Тепло, образующееся в процессе резания, не аккумулируется в местах его образования, а распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с низкой температурой. Из зоны резания тепло уносится со стружкой (q₁), передается в заготовку (q₂) и инструмент (q₃) и распространяется в окружающую среду (q₄).Тепловой баланс процесса резания может быть выражен следующим уравнением:

Q₁+ Q₂+ Q₃= q₁+q₂+q₃+q₄

Q₁ + Q₁ + Q₂ + Q₃ = q₁ + q₂ + q₃ + q₄

Q₃ = q₁ + q₂ + q₃ + q₄

Соотношение количества тепла, отводимого со стружкой в деталь, в инструмент и окружающую среду, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущего инструмента и внешних условий, в которых осуществляется резание.

Рисунок 257.3 - Зависимость образования и распределения теплоты от скорости резания

В начале обработки температура в зоне резания растет до какого-то определенного значения и устанавливается постоянной, соответствующей стационарному тепловому режиму, при котором выделение тепла равняется отводу его по перечисленным направлениям. Для практических целей наибольший интерес представляет температура рабочей части инструмента и обрабатываемой заготовки. Тепло, переходящее в заготовку, увеличивает ее температуру и вызывает температурное изменение ее размеров и коробление, подчас являющееся причинами брака.

Теплота, переходящая в инструмент, при всей своей относительной незначительности, концентрируясь в малых объемах материала инструмента, вызывает сильный разогрев его в этих объемах и снижение режущих свойств и износоустойчивости инструмента. С увеличением скорости резания доля тепла, переходящего в инструмент, уменьшается, но абсолютное его количество возрастает, и температура в зоне резания увеличивается до значений, близких к температуре красностойкости металла инструмента.

ЗАДАЧА 2

283. Изобразите схему бесцентрового шлифования и объясните по ней, как осуществляется продольная подача заготовки на станке. Какие круги (твердые или мягкие) применяются при шлифовании закаленной стали, меди и почему?

В настоящее время в крупносерийном и массовом производстве широко применяются бесцентровые круглошлифовальные станки. Благодаря жесткости системы станок - инструмент - деталь при работе на этих станках можно применять значительно более высокие режимы шлифования, что повышает производительность; кроме того, при этом способе шлифования вспомогательное время резко сокращается и составляет не более 2-3% машинного. Важным преимуществом бесцентрового шлифования является также высокая стабильность размеров шлифуемых деталей.

При бесцентровом шлифовании обрабатываемая деталь 1 (рис. 283.1) устанавливается на опорный нож 4 между шлифовальным 2 и ведущим 3 кругами. Шлифовальный круг вращается со скоростью vк = 30 ч 60 м/с, а ведущий - со скоростью vк = 10ч40 м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и деталью больше, чем между деталью и кругом 2, то ведущий круг сообщает детали вращение со скоростью круговой подачи vв.

Рисунок 283.1 - Схема бесцентрового круглого шлифования

Применяется два метода шлифования: проходное и врезное. Продольная подача достигается при повороте оси ведущего круга на угол б. Окружная скорость ведущего круга vв разлагается на две составляющие: скорость вращения детали (круговую подачу) vд и продольную подачу

s = vв sinа.

Чтобы обеспечить линейный контакт ведущего круга с цилиндрической поверхностью детали, ведущему кругу в процессе правки придают форму гиперболоида.

При врезном шлифовании ведущий круг сообщает детали только вращательное движение. Ось ведущего круга устанавливают горизонтально или под небольшим углом (б ? 0,5°), чтобы в процессе шлифования создать поджим к неподвижному упору. В этом случае ведущему кругу придается при правке цилиндрическая форма. Принудительная подача обрабатываемой детали сообщается механизмом подачи бабки ведущего круга.

Технологические особенности. Обрабатываемая деталь вращается свободно, без закрепления в призме, образованной опорным ножом и ведущим кругом. Благодаря этому исключаются деформации детали при ее зажиме, а вращение в призме позволяет эффективно устранять отклонения от круглости шлифуемой поверхности.

Вращение детали осуществляется вследствие сил трения между деталью и ведущим кругом. Для качественной обработки необходимо, чтобы деталь начала вращаться до касания шлифовального круга, что в значительной степени определяется состоянием опорного ножа, который должен иметь прямолинейную опорную поверхность высокой твердости и с параметром шероховатости Ra = 0,08-0,16 мкм, с тем чтобы коэффициент трения между деталью и ножом был минимальным. Обрабатываемая поверхность чаще всего является базой, поэтому большое значение приобретает исходное состояние обрабатываемой поверхности. Ведущий круг выполняет роль устрой­ства, замедляющего скорость вращения детали, а также дополнительной опоры, значительно повышающей жесткость технологической системы. Благодаря этому на бесцентрово-шлифовальных станках можно обрабатывать длинные и тонкие детали на увеличенных поперечных подачах без опасения прогибов в процессе шлифования. Бесцентровое шлифование, осуществляемое без зажима и без устройств принудительного вращения детали, не требует создания центровых базовых гнезд и упрощает автоматизацию обработки, сокращает время на установку и снятие обрабаты­ваемой детали. Эти преимущества делают бесцентровое шлифование наиболее производительным процессом круглого наружного шлифования.

Жесткость технологической системы бесцентрово-шлифовальных станков в 1,5-2 раза выше жесткости кругло шлифовальных станков, поэтому и режим резания при бесцентровом шлифовании повышают примерно в 1,5-2 раза. Бесцентровое шлифование обеспечивает обработку деталей с точностью 5-6-го квалитета.

В процессе бесцентрового шлифования обрабатываемая деталь лежит на опорном ноже и ведущем круге, образующих призму (рис. 283.2). Опорный нож устанавливают по высоте так, чтобы центр шлифуемой детали был выше линии центров шлифовального и ведущего кругов примерно на 0,5d, но не более чем на 14 мм. Тонкие, длинные и недостаточно прямолинейные прутки целесообразно располагать ниже линии центров на ту же величину. Опорная поверхность ножа должна располагаться параллельно оси шлифовального круга.

Угол скоса ц опорной поверхности ножа для деталей длиной до 100 мм и диаметром до 30 мм принимают равным 30°, а при больших размерах - 20-25°.

Опорные ножи, оснащенные пластинками из твердого сплава ВК8, обладают высокой износостойкостью. Стальные ножи следует применять при шлифовании деталей диаметром до 3 мм, когда нет возможности применять ножи с твердым сплавом. В целях экономии верхнюю опорную часть ножа изготовляют из легированной или быстрорежущей стали, а нижнюю - углеродистой.

Бесцентровое шлифование напроход. Обрабатываемая деталь при входе в зону шлифования самоустанавливается между кругами и перемещается силой продольной подачи, при этом шлифовальный круг врезается в деталь на величину снимаемого припуска. На участке врезания режущая кромка круга интенсивно изнашивается, образуя заборную часть А (рис. 283.2), которая непрерывно увеличивается и изменяет условия резания. Поэтому на долю участка Б круга приходится снятие остаточного припуска и устранение отклонений формы. На участке выхаживания В, вследствие обратного конуса на образующей шлифовального круга, по мере перемещения детали к выходу глубина резания непрерывно уменьшается, способствуя снижению параметра шероховатости и повышению точности детали.

Рисунок 283.2 - Схема и рабочий цикл бесцентрового проходного шлифования: 1 - шлифовальный круг, 2 - ведущий круг, 3 - обрабатываемая деталь, 4 - опорный нож, lвх - передняя (направляющая) часть опорного ножа, l - длина обрабатываемой детали, lпр - задняя (приемная) часть опорного ножа.

При бесцентровом шлифовании напроход можно надежно обеспечивать обработку с точностью 5 -6-го квалитета при допуске 2,5 мкм и параметре шероховатости поверхности Ra = 0,32 ч 0,08 мкм.

Число операций зависит от припуска на шлифование, определяемого исходными по­грешностями, требованиями точности и параметрами шероховатости поверхности. При шлифовании с невысокими требованиями к точности (допуске 0,08-0,1 мм) и параме­трами шероховатости поверхности (Rа = 1,25 ч 2,5 мкм) наибольший снимаемый припуск за одну операцию составляет 0,25 мм на диаметр

В некоторых случаях для уменьшения параметров шероховатости поверхности целесо­образно применять наладки, в которых вместо одного шлифовального круга высотой 150-200 мм устанавливают два круга высотой 75 -100 мм разной характеристики (рис. 246). Первый круг (крупнозернистый) служит для снятия припуска, второй круг (мелкозернистый) - для окончательного достижения необходимых точности и параметров шероховатости поверхности.

Бесцентрово-шлифовальные станки с широкими кругами (500 и 800 мм) заменяют два-три обычных станка Для снятия увеличенного припуска на широких кругах необходимо создавать заборный конус длиной до 100 мм (на входе), а на выходе делать обратный конус длиной 50 - 80 мм для снижения шероховатости поверхности и исключения следов на шлифуемых деталях. Заданный профиль по образующей круга с передним и обратным конусами создается в процессе правки круга по копиру

Во избежание неправильных размеров деталей необходимо в процессе шлифования поддерживать непрерывную подачу их при прохождении через всю зону шлифования (особенно при шлифовании точных деталей).

При установке на станке передняя часть опорного ножа должна выступать из зоны кругов на величину lвк = (1,2 ч 1,3)l, а задняя часть ножа - на величину lпр > 0,75l (см. рис. 283.2).

Бесцентровое врезное шлифование. Этим методом обрабатывают детали с цилиндрической, конической, сферической и фасонной поверхностями, ступенчатые валики, детали с разобщенными поверхностями и др.

При бесцентровом врезном шлифовании за одну операцию можно снять любой заданный припуск. При этом шлифовальный круг правят дважды предварительно - для снятия основного припуска и окончательно на чистовых режимах - для отделочной обработки.

В условиях серийного и массового производства целесообразно разделять обработку на несколько операций, с тем чтобы лучше подготовить деталь к финишной обработке и окончательное шлифование выполнять мелкозернистым кругом, у которого стойкость кромок более высокая.

При врезном шлифовании продольное перемещение обрабатываемой детали в зоне шлифования ограничивают жестким упором (рис. 252).

Выбранная для соприкосновения с упором торцовая поверхность детали должна быть гладкой и не должна иметь биения. Чтобы обеспечить постоянный поджим обрабатывае­мой детали к упору, ведущий круг наклоняют на угол 0,5-1є.

резание шлифование фрезерование точение

Рисунок 283.3 - Схема расположения упора при бесцентровом врезном шлифовании: 1 - шлифовальный круг, 2 - ведущий круг, 3 - обрабатываемая деталь, 4 - упор, 5 - опорный нож, 6 - суппорт

При врезном шлифовании на обрабатываемой детали копируется профиль шлифоваль­ного круга, поэтому для повышения кромкостойкости круга его твердость выбирают на одну-две единицы больше, чем при бесцентровом шлифовании напроход.

Шлифовальный круг - режущий инструмент, представляющий собой тело вращения, рабочая часть которого содержит абразивные зерна. Шлифовальные круги различаются по геометрической форме, размерам, видам шлифовального материала, размеру абразивных зерен, виду связи (служащей для закрепления абразивных зерен), структуре и твердости.

Под твердостью шлифования круга понимают его свойство сопротивляться нарушению сцепления между зернами и связкой. По степени твердости круги делятся на мягкие (Ml, М2, МЗ), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (CI, С2); среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Tl, Т2), весьма твердые (ВТ1, ВТ2) и чрезвычайно твердые (ЧТ1, ЧТ-2). В обозначение степени твердости цифры 1, 2, 3 характеризуют увеличение твердости круга. Чем тверже круг, тем более прочно связка удерживает зерно. Чем тверже шлифуемая заготовка, тем менее твердым выбирают шлифовальный круг.

Круги мягкие и среднемягкие применяются для шлифования закаленных заготовок из углеродистых, легиро­ванных и инструментальных сталей, а также из цветных металлов и их сплавов; круги среднемягкие и средние - для чистового и фасонного шлифования тех же материалов; круги средние и среднетвердые - для шлифования незакаленных сталей; твердые круги - для черновых обдирочных операций; весьма и чрезвычайно твердые круги - для правки шлифовальных кругов.

На выбор твёрдости влияют: вид и состав обрабатываемого материала, размеры заготовки, режимы обработки, требуемых качественных характеристик поверхности обрабатываемой заготовки, производительность операции.

При выборе твёрдости необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

Для обработки твёрдых материалов следует применять абразивный инструмент мягких твердостей, а для обработки материалов невысокой твердости, более твёрдые.

Исключение составляют медь, алюминий, свинец, нержавеющая и жаропрочные стали, поверхности которых шлифуют мягким инструментом.

С увеличением площади контакта между кругом и обрабатываемой поверхностью используют более мягкие круги.

Чем больше окружная скорость круга при прочих неизменных условиях, тем более мягкий инструмент нужно применять.

При большой скорости изделия и поперечной подаче необходимо применять более твёрдые круги.

Для предварительных операций применяют более твёрдые круги, чем для чистых операций.

При шлифовании без СОЖ следует применять более мягкие круги, чем с СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость)

При шлифовании неровных поверхностей применяют более твёрдые круги, чем при шлифовании ровных поверхностей.

На автоматических станках устойчивых и жёстких конструкций со спокойным ходом шпинделя применяются более мягкие круги, чем на станках с ручной подачей.

При заточке лезвий закаленных инструментов, при шлифовании и заточке пластинок из твёрдых сплавов, то есть при обработке поверхностей плохо отводящих тепло применяют мягкие шлифовальные круги.

При одинаковых условиях шлифования абразивный инструмент на бакелитовой связке должен быть на две степени твёрже, чем круги на керамической связке.

Мягкие круги экономичнее твёрдых, так как реже правятся, и позволяют вести обработку с более интенсивными режимами. Однако твёрдость их не должна быть низкой, чтобы они быстро не изнашивались и не теряли форму.

ЗАДАЧА 3

308. Определите скорость резания и основное время при фрезеровании плиты длиной 300 мм цилиндрической прямозубой фрезой с подачей на 1 зуб S_z = 0,05 мм. Частота вращения фрезы n =100 мин^-1. Диаметр фрезы 100 мм, глубина резания t = 5 мм. Число зубьев фрезы z = 10. Приведите схему фрезерования

Дано:

l₁=300 мм

s_z=0,05 мм

n=100 мин^-1

D=100 мм

t=5 мм

z=10

Найти: v=? и Т_о=?

Рисунок 308.1 - Схема фрезерования заготовки

Решение.

Скорость:

v= м/мин,

где n - частота вращения фрезы, мин^-1;

р - постоянная, 3,14;

D - диаметр фрезы, мм.

, мин

где L - общая длина при фрезеровании, мм.

L=l₁+ l₂+ l₃. l₁=300 мм;

l₂ = АС =vt*2R-t = v5*2*50-5=21.8 мм; l₃=4 мм;

L=l₁+l₂+ l₃=300+21,8+4=325,8мм.

i - число проходов; i=1.

n - частота вращения, мин^-1;

s_z - подача фрезы на 1 зуб, мм/зуб;

z - число зубьев фрезы.

= 325.8*1/100*0,05*10=6,52 мин.

Ответ: Т_о=6,52 мин; v=31,4 м/мин.

ЗАДАЧА 4

333. Приведите и поясните графические зависимости влияния элементов режима резания (V,S, t) при точении на силу резания.

Точением называется тех.процесс изготовления поверхности вращения с помощью однолезвийного инструмента - резца.

При токарной обработке обрабатываемый металл оказывает сопротивление снятию стружки. Это сопротивление преодолевается силой резания, которая приложена к режущей кромке и к передней поверхности резца.

Величина силы резания Рz в основном зависит от твердости обрабатываемого материала, глубины резания t, подачи s, скорости резания v, геометрической формы резца.

Элементами режима резания являются: глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания t (мм) - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к последней. При точении - это толщина слоя металла срезаемого за один проход резца.

Подача s (мм/об) - величина перемещения инструмента за один оборот заготовки. Различают продольную, поперечную и наклонную подачи в зависимости от направления перемещения резца. Рекомендуется для данных условий обработки выбирать максимально возможную величину подачи.

Скорость резания V (м/мин) - путь, который проходит наиболее удаленная от оси вращения точка поверхности резания относительно режущей кромки в направлении главного движения в единицу времени.

Уменьшение усадки стружки всегда сопровождается снижением силы резания и, наоборот, рост ее, как правило, приводит к увеличению силы резания. Поэтому влияние скорости резания на силу Рz выражается такой же кривой, как и ее влияние на усадку стружки. (рис.333.1)

Рисунок 333.1 - Влияние скорости резания на силу резания Рz

В общем случае рост скорости резания сопровождается уменьшением силы Рz, и только в диапазоне критических скоростей резания v2-v3 с повышением скорости резания наблюдается увеличение этой силы. Такое отступление от общей закономерности объясняется уменьшением высоты нароста в данном диапазоне скоростей резания. Действительная величина переднего угла, образуемого наростом, при этом уменьшается, и поэтому сила резания увеличивается, несмотря на повышение скорости резания.

Как видно из рис.333.1, интенсивность влияния скорости резания на силу Рz зависит от переднего угла г. Чем больше угол г, тем меньше падение силы Рz, вызываемое повышением скорости резания.

При работе инструментом из быстрорежущей стали угол г, как правило, делают больше, а поэтому и интенсивность влияния v на Рz меньше, чем при работе твердосплавным инструментом. Кроме того, при обработке одного и того же металла быстрорежущим инструментом скорость резания изменяется в сравнительно узких пределах, и поэтому она не оказывает такого заметного влияния на силу Рz, как при работе твердосплавным инструментом; в практических расчетах влияние v на Рz пренебрегают. Иное дело при работе твердосплавными инструментами.

Различные марки твердого сплава отличаются своими режущими свойствами, и поэтому соотношение скоростей резания при обработке одног и того же металла может доходить до 3:1, и сила резания будет изменяться на 20-25%.

Для диапазона скоростей резания, применяемых при работе твердосплавным инструментом, зависимость Рz = ѓ(v) выражается импирической формулой:

Рz = const/vⁿ,

где n - показатель степени, характеризующий интенсивность влияния скорости резания на силу резания.

Значительное влияние глубины резания на силу Рz связано с увеличением наибольшего значения угла в плане, что приводит к росту толщины срезаемого слоя.

Силы резания Рz возрастают при увеличении глубины резания, подачи и твердости обрабатываемой стали (рис.333.2.). Особенно резкое увеличение сил наблюдается в области больших значений глубины резания.

Рисунок 333.2 - Влияние глубины резания, подачи и твердости стали на силы резания

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов Машиностроительных специальностей вузов. Под ред. Г.П. Фетисова. - М: Высшая школа. 2001, 2002, 2005.

2. Дальский А.М., И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др. Технология конструкционных материалов. Под общ. ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение, 2002, 1990.

3. Дриц М.Е., Москалева М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. - М.: Высшая школа, 1990.

4. Полухин П.И., Жадан В.Т. и др. Технология металлов и сварка. Учебник для вузов. Под ред. П.И. Полухина. М., «Высш. школа», 1977.

5. Методические указания по выполнению контрольных заданий по Материаловедению и ТКМ. Под ред. Мокеева Г.К., Ч. - 2007 г.

Размещено на Allbest.ru