Пособие по лаб пр по РИ последний вариант
advertisement
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ» ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В. А. Носенко, П. В. Ольштынский, С. Н. Ольштынский, М. В. Даниленко ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ» Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Волгоград 2010 1 УДК 621.9.02.(075.8) Л 12 Под редакцией д. т. н. П. В. Ольштынского Рецензенты: д. т. н., профессор МГТУ «Станкин», заслуженный деятель науки и техники РФ В. К. Старков; зав. кафедрой «Материаловедение» Волжского института строительства и технологий (филиал) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», д. т. н., профессор Ю. С. Багайсков ISBN 978-5-9948-0477-3 ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ»: учеб. пособие / В. А. Носенко [и др.]. Под ред. П. В. Ольштынского; ВолгГТУ, Волгоград, 2010. – 96 с. Приводятся краткие положения о типах, конструкциях и геометрии различных режущих инструментов. Излагается методика выполнения лабораторных работ по основным разделам курса «Режущий инструмент». Предназначено в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов: «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Ил. 67. Табл. 16. Библиогр.: 6 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета ISBN 978-5-9948-0477-3 2 Волгоградский государственный технический университет, 2010 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………..………………………………………... 1. Лабораторная работа № 1. Конструктивные и геометрические параметры резцов…………………………….……………………... 2. Лабораторная работа № 2. Изучение сборных токарных резцов……………………………………..…………………………….. 3. Лабораторная работа № 3. Изучение инструмента для обработки отверстий…………………..………………………………… 4. Лабораторная работа № 4. Изучение конструктивных и геометрических элементов фрез общего назначения………………... 5. Лабораторная работа № 5. Обмер и эскизирование резьбонарезного инструмента……………………………..………………… 6. Лабораторная работа № 6. Изучение конструктивных и геометрических параметров протяжек………...……………………… 7. Лабораторная работа № 7. Обмер и эскизирование зуборезного инструмента…………………………...…………………………. 8. Лабораторная работа № 8. Изучение абразивного инструмента……………………………………………………………………. 9. Лабораторная работа № 9. Рельеф рабочей поверхности абразивного инструмента и механизм его формирования…………… Список рекомендуемой литературы……………………………… 3 4 5 13 19 29 36 49 59 71 83 95 ВВЕДЕНИЕ Настоящий лабораторный практикум по курсу «Режущий инструмент» предназначен для студентов высшего профессионального образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавров “Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства” и специальности «Технология машиностроения», направления подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» всех форм обучения. При изучении специальных дисциплин, таких как «Технология машиностроения», «Технологическая оснастка», «Металлорежущие станки», студентам приходится решать вопросы проектирования технологических процессов обработки деталей и сборки узлов, конструирования технологической оснастки. Решение этих задач невозможно без освоения дисциплины «Режущий инструмент». Лабораторный практикум включает комплекс лабораторных работ, охватывающих основные разделы курса. В руководстве определены цель, содержание и порядок выполнения каждой лабораторной работы, указан перечень необходимого лабораторного оборудования, приборов, инструментов. Целью выполнения лабораторных работ является знакомство с основными типами металлорежущего инструмента, экспериментальное подтверждение теоретических положений, изложенных на лекциях, изучение основ методики проведения экспериментальных исследований, получение опытных данных, графоаналитическая их обработка, анализ полученных результатов и их применение для решения практических задач. Кроме того, при проведении лабораторных работ студенты изучают оборудование, инструменты и измерительные приборы, применяемые при измерении и эскизировании инструмента. При выполнении работы студенты должны изучить конструкцию инструмента, определить его основные конструктивные и геометрические элементы, составить его эскиз с необходимым числом проекций, а также проставить размеры и указать требуемое качество поверхностей инструмента. Лабораторная работа планируется при одновременном участии 10– 15 студентов, которые разбиваются на подгруппы в количестве 3–4 человека и выполняют различные работы. Это позволяет студентам проявить самостоятельность и высокую активность. Завершающим этапом выполнения лабораторной работы является составление отчета каждым студентом и его защита. 4 1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 КОНСТРУКТИВНЫЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗЦОВ 1.1. Цель работы 1.1.1. Практическое ознакомление с различными типами резцов. 1.1.2. Приобретение навыков в составлении эскизов, замере конструктивных и геометрических параметров резцов. 1.2. Содержание работы 1.2.1. Ознакомление с конструкциями предложенных резцов. 1.2.2. Измерение конструктивных и геометрических параметров резцов. 1.3. Теоретическая часть Геометрией рабочей части резцов, как и других режущих инструментов, называется совокупность всех конструктивных элементов (углов резания, величины и формы режущих кромок, формы передней и задней поверхностей, радиус сопряжения режущих кромок и др.), позволяющих обеспечить процесс обработки материалов резанием. Увеличение переднего угла дает возможность уменьшить силы резания и мощность, затрачиваемую на обработку заготовок. Слишком большое увеличение переднего угла приводит к поломке режущего инструмента. Без наличия заднего угла инструмента не может происходить нормальный процесс обработки, а чрезмерное увеличение заднего угла приводит к снижению стойкости инструмента. Отсюда вытекает необходимость правильного выбора всех геометрических параметров рабочей части инструмента. Только правильно выбранная геометрия режущего инструмента позволяет обеспечить высокопроизводительную обработку. Поэтому необходимо изучить геометрию основных типов резцов, составить чертежи резцов и изучить стандарты на них. При изучении геометрии следует обратить особое внимание на назначение каждого конструктивного элемента, на ту роль, которую он выполняет при резании. Главные элементы резцов. Каждый резец состоит из рабочей части (головки) и крепежной части (стержня или тела резца). Крепежная часть служит для закрепления резца на станке, а рабочая часть предназначена для обеспечения резания. Для повышения производительности труда при металлообработке решающее значение имеет рабочая часть. Поэтому при изучении геометрии резца следует обратить внимание на изучение его рабочей части. На рис. 1.1 показаны токарный проходной прямой правый резец и токарный отрезной резец. Рабочая часть резца (головка) ограничена тремя поверхностями: передней, задней главной и задней вспомогательной. 5 Режущие кромки, производящие резание, получаются в результате пересечения трех плоскостей. Главная режущая кромка образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей, а вспомогательная режущая кромка – от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей. Следует учесть, что некоторые резцы, например отрезной или долбежный, имеют две задние вспомогательные поверхности, поэтому у таких резцов будут две вспомогательные режущие кромки. При изучении конструкции и геометрии резцов необходимо обратить внимание на это важное обстоятельство и усвоить назначение соответствующих поверхностей. Место пересечения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца. Рассмотрим назначение передней поверхности. Передней поверхностью называется та поверхность, по которой сходит стружка. На передней поверхности срезаемый слой деформируется и формируется в стружку: удельная сила деформации в среднем составляет около 150 кГ/мм 2, что в пересчете составит 15 тонн на 1 см 2. Такую большую нагрузку может выдержать только высокопрочный инструментальный материал, поэтому рабочая часть режущего инструмента выполняется из высокопрочной закаленной инструментальной стали или твердого сплава. Необходимо обратить внимание на резцы, оснащенные пластинками высококачественного инструментального материала, и на резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинками твердого сплава. Рис. 1.1. Элементы рабочей части токарного проходного резца: 1 – передняя поверхность; 2 – главная режущая кромка; 3 – главная задняя поверхность; 4 – вершина резца; 5 – вспомогательная задняя поверхность; 6 – вспомогательная режущая кромка Классификация резцов. Резцы классифицируют по направлению подачи, по форме и расположению головки. По направлению подачи резцы разделяются на правые и левые. Метод определения резцов по подаче показан на рис. 1.2. Если при наложении руки на резец большой палец правой руки направлен к главной режущей кромке, то такой резец называется правым, если к главной режущей кромке направлен большой палец левой руки, то это будет левый резец. На токарных станках правыми резцами работают справа налево (по 6 направлению к передней бабке станка), а левыми – слева направо (по направлению к задней бабке станка). По форме головки и ее расположению (рис. 1.3) резцы разделяются на прямые (рис. 1.3а), отогнутые (рис. 1.3б) и изогнутые (рис. 1.3в). Кроме того, резцы подразделяются на резцы с оттянутыми (1.3г) и обычными головками (рис. 1.3г). Рис. 1.2. Классификация резцов по направлению движения подачи: 1 – главные режущие кромки; 2 – левый резец; 3 – правый резец а) б) в) г) Рис. 1.3. Классификация резцов по форме головки: а прямые, б отогнутые, в изогнутые, г с оттянутой головкой Углы резцов. Рабочая часть резца затачивается по трем плоскостям (передней, главной задней и вспомогательной задней). В результате заточки получаются углы, которые необходимы для обеспечения высокопроизводительного процесса обработки материалов резанием. Исходной базой для измерения (отсчета) углов являются две плоскости: основная плоскость и плоскость резания, указанные на рис. 1.4, на которой также обозначены три поверхности детали: обрабатываемая поверхность 1, поверхность резания 2 и обработанная поверхность 3. Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверх7 ности резания и проходящая через главную режущую кромку. Основной плоскостью называется плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач резца. Углы резцов разделяют на две группы: главные и вспомогательные. На рис. 1.5 дана рабочая часть резца с необходимыми сечениями, где показаны главные и вспомогательные углы резца. Рис. 1.4. Исходные плоскости для определения главных углов: 1 – обрабатываемая поверхность; 2 – поверхность резания; 3 – обработанная поверхность; 4 – плоскость резания; 5 – основная плоскость; S1 – продольная подача; S2 – поперечная подача Главные углы резцов измеряются в главной секущей плоскости, перпендикулярной к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (рис. 1.5). Главный передний угол – это угол, заключенный между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку. Он может быть положительным, равным нулю или отрицательным (рис. 1.5). Главный задний угол – это угол, заключенный между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Углом резания называется угол, заключенный между передней поверхностью резца и плоскостью резания. Углом заострения называется угол, заключенный между передней и главной задней поверхностями резца. Вспомогательные углы и углы в плане. Для получения вспомогательных углов необходимо произвести сечение вспомогательной режущей кромки вспомогательной секущей плоскостью, как это показано на рис. 1.5. Это сечение производится перпендикулярно к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость. Вспомогательный задний угол 1 – это угол, заключенный между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку и перпендикулярной основной плоскости (рис. 1.5). 8 Рис. 1.5. Главные и вспомогательные углы токарного проходного резца Главным углом в плане называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Вспомогательный угол в плане 1 – это угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. На рис. 1.6 показаны углы в плане проходных (а,б), подрезных и отрезных (в) резцов. Угол при вершине в плане – это угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость. Углом наклона главной режущей кромки называется угол, заключенный между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости. На рис. 1.5 показан угол со стороны главной задней поверхности. Мы рассмотрели геометрию резцов, координатные плоскости и назначение некоторых элементов. В реальных условиях производства геометрия рабочей части резцов задается технологами в зависимости от ряда факторов. Инструментальный цех изготовляет эти резцы, отдел технического контроля должен проверить, соответствует ли величина углов указанным в чертеже. Для измерения углов требуются специальные приборы – угломеры. Рассмотрим основные конструкции угломеров, применяемых для измерения углов. 9 а) б) в) Рис. 1.6. Углы в плане токарных резцов: а – проходных прямых; б – проходных отогнутых; в – подрезных и отрезных Угломер для измерения углов призматических резцов. Угломер (рис. 1.7) состоит из основания 1, стойки 2, по которой перемещается сектор 5 со шкалой, поворотного шаблона с указателем 4 и зажимного винта 3. Сектор может передвигаться вдоль стойки, поворачиваться вокруг ее оси и в нужном положении закрепляться винтом 3. Шаблон 4 имеет в нижней части два взаимно перпендикулярных ребра. На секторе 5 нанесены деления. Риска на верхней части шаблона 4 указывает на шкале сектора величину измеряемого угла. Положение шаблона 4 относительно сектора 5 фиксируется винтом 3. Рис. 1.7. Измерение переднего угла γ токарного проходного резца 10 Рис. 1.8. Измерение угла токарного проходного резца Рис. 1.9. Измерение угла токарного проходного резца Рис. 1.10. Измерение угла токарного проходного резца Универсальный угломер. Для измерения углов в плане , 1, применяется универсальный угломер. На рис. 1.10 показано измерение угла универсальным угломером. 1.4. Задание для самостоятельного выполнения работы 1.4.1. Изучить основные конструкции резцов, обратив особое внимание на рабочую часть: конструкцию рабочей части, методы крепления пластин, форму передней поверхности, режущие кромки и другие элементы. Зарисовать эскизы трех резцов по указанию преподавателя. Произвести измерения трех резцов. Результаты измерения занести в протокол 1. 11 Протокол 1 Углы резца в град 1 2 3 Вспомогательный задний 1 При вершине В плане Вспомогательный 1 Наклон главной режущей кромки Резания Задний Передний № Наименоварезца ние резца Заострения Главные Главный Размеры резца В × Н, мм Проходной Подрезной Отрезной 1.4.2. Составить чертеж одного резца с необходимыми сечениями и проставить все угловые и линейные размеры, как это показано на рис. 1.11. Рис. 1.11. Токарный проходной резец 1.5. Перечень контрольных вопросов 1.5.1. Классификация резцов. 1.5.2. Элементы рабочей части резцов. 1.5.3. Исходные плоскости для определения углов резца. 1.5.4. Главные углы резца. 1.5.5. Вспомогательные углы и углы в плане. 1.5.6. Приборы для измерения углов резания. 12 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИЗУЧЕНИЕ СБОРНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ 2.1. Цель работы 2.1.1. Закрепление и углубление теоретических знаний по конструктивным особенностям и геометрическим параметрам сборных резцов с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. 2.1.2. Изучение конструктивных и геометрических элементов различных типов токарных сборных резцов. 2.1.3. Приобретение навыков по измерению и эскизированию основных конструктивных и геометрических параметров сборных резцов. 2.2. Краткие теоретические сведения Сборные конструкции режущих инструментов обеспечивают значительную экономию инструментальных материалов и снижение эксплуатационных расходов из-за возможности многократного использования корпуса и замены режущих элементов после их изнашивания. Сборные конструкции встречаются у таких инструментов, как токарные резцы, расточные инструменты, фрезы и т. д. Резцы, оснащенные многогранными твердосплавными пластинами с их механическим креплением к корпусу инструмента (рис. 2.1), широко распространены вследствие их существенных преимуществ по сравнению с твердосплавными инструментами составной конструкции, у которых пластины с корпусом соединены пайкой. К преимуществам резцов, оснащенных многогранными пластинами, следует отнести следующие: 2.2.1. Повышение прочности лезвия из-за отсутствия внутренних напряжений, возникающих при пайке. 2.2.2. Повышение надежности и долговечности, так как опорная поверхность под пластиной в корпусе резца может иметь высокую твердость. Для увеличения долговечности корпуса под режущей пластиной устанавливают опорную твердосплавную пластину, в результате чего в корпусе может быть изношено до 150 пластин. 2.2.3. Экономия конструкционной стали вследствие многократного использования корпуса резца. 2.2.4. Отсутствие операции затачивания резцов. После изнашивания достаточно либо повернуть пластину, либо заменить ее. 2.2.5. Большинство типоразмеров пластин имеют фасонную форму передней поверхности, обеспечивающую ломание или завивание стружки. Для пластин с плоской передней поверхностью предусмотрены многогранные пластины-стружколомы, которые применяют в тех случаях, когда диаметр вписанной окружности пластины равен 6,35 или 9,525 мм. 2.2.6. Изношенные пластины перерабатывают, извлекая вольфрам и другие дорогостоящие элементы, которые вновь используют для изготов13 ления твердых сплавов. Конструкции резцов, оснащенных многогранными пластинами, отличаются большим разнообразием применяемых способов крепления. Эти способы креплений можно свести к нескольким схемам (рис 2.1б-д). Крепление прихватом (рис. 2.1б, е) применяют для пластин без отверстий, в том числе из керамических материалов. Пластину устанавливают в закрытый паз и базируют по опорной и боковым поверхностям. При этом обеспечивается высокая точность базирования пластин и высокая надежность крепления. На резцах для обработки заготовок из стали можно применять стружколом. Этот метод крепления используют также на концевых фрезах и расточных инструментах. Возможно применение поворотного элемента (рычага, качающегося штифта) или косой тяги (рис. 2.1в, ж–к), обеспечивающих прижим пластины к боковым поверхностям закрытого паза корпуса. Этот метод используют для крепления пластин с отверстием, он обеспечивает высокую точность базирования, однако не гарантирует точного прилегания опорной поверхности пластины к опорной поверхности на корпусе. Устранение зазора обеспечивается прижимом пластины от руки при затягивании крепления. Достоинство этого способа – отсутствие выступающих деталей крепления. Способ крепления пластин, показанный на рис. 2.1к, исключает необходимость применения винта в конструкции резца. Для поворота и замены пластины достаточно сжать пружину (на рис. 2.1ж, з и к точка, относительно которой поворачивается деталь крепления пластины, обозначена буквой М). Схема крепления, приведенная на рис. 2.1г, предусматривает применение пластин с коническим отверстием для крепления винтами с конической головкой. Ось винта 3 сдвинута на 0,15 мм относительно отверстия пластины (рис. 2.1л), что обеспечивает прижим пластины 2 к опорной и боковым сторонам 1 закрытого паза. Крепление отличается простотой и получило за последние годы широкое распространение. Его применяют также на концевых фрезах и расточном инструменте. Крепление пластины между штифтом и клином прихватом (рис. 2.1д, м) прижимает пластину к опорной поверхности. Закрытый паз для базирования пластины по ее боковым поверхностям отсутствует, поэтому при повороте и замене пластины вершина ее занимает произвольное положение. Конструкция резца менее трудоемка, чем ранее рассмотренные, и ее следует использовать только на универсальном оборудовании. Конструкции, приведенные на рис. 2.1б, в, г, можно применять как на универсальном оборудовании, так и на автоматических линиях и станках с ЧПУ при условии использования пластин повышенной точности. Пластины повышенной точности в сочетании с креплением, обеспечивающим точную установку пластин при их повороте или замене, позволяют избежать повторной настройки резца на размер. 14 Рис. 2.1. Резцы, оснащенные многогранными пластинками из твердого сплава Кроме резцов стандартных размеров, многогранными пластинами оснащают резцовые вставки (рис. 2.2). Вставки делают длиной 40–60 мм с регулировочными винтами (рис. 2.2а) или без них (рис. 2.2б). Применяют резцовые вставки на инструментальных блоках станков автоматов и на комбинированных расточных инструментах. Регулировочные винты служат для настройки инструмента на размер. Крепят вставки в корпусах инструментов винтами. Многогранные пластины, обычно трехгранной формы, применяют для некоторых типов специальных резцов, например, прорезных (рис. 2.3а), предназначенных для обработки канавок. Для обработки деталей с повышенными припусками при подачах более 1 мм используют резцы с вертикальным расположением многогранной пластины (рис. 2.3б) Такое расположение пластины увеличивает ее прочность. Пластины могут быть специальными, с размерами до 40×40 мм и толщи15 ной 10–12 мм для резцов тяжелых (рис. 2.3в) и специальных (рис. 2.3г) станков. Последний предназначен для обработки профиля железнодорожных колес на специальных станках. Рис. 2.2. Резцовые вставки Применение многогранных пластин позволяет снизить номенклатуру резцов, отличающихся различными углами φ, путем создания специальных конструкций, обеспечивающих поворот пластины в корпусе резца (рис. 2.4). Особенность конструкции состоит в том, что пластину закрепляют между штифтом и клином. Опорная поверхность клина выполнена конической и упирается в коническую поверхность в корпусе резца. Требуемый угол φ получают поворотом пластины и клина, после чего клин затягивают винтом. Штифт запрессован в корпусе резца. а) б) в) г) Рис. 2.3. Специальные резцы, оснащенные многогранными пластинами из твердого сплава Рис. 2.4. Конструкция резца, обеспечивающая изменение углов в плане 16 2.3. Оборудование, инструменты и приборы Объектом исследования являются сборные конструкции резцов различных типов. Необходимые приборы: универсальный угломер, штангенциркуль, линейка. 2.4. Методические указания по выполнению работы 2.4.1. Для исследования берётся сборный токарный резец, оснащенный твёрдосплавной пластинкой. Определяется его тип и способ крепления режущей пластины. 2.4.2. Определяются основные конструктивные и геометрические элементы инструмента и проводятся их измерения. 2.4.3. После измерений выполняются эскизы инструментов. Чертежи сборных инструментов должны удовлетворять требованиям к сборочным чертежам (ГОСТ 2.109-73) и содержать изображение изделия с его видами, разрезами, сечениями, а также текстовую часть и надписи, необходимые для понимания конструктивного устройства изделия. Технические требования на чертеже излагают в следующей последовательности: 2.4.3.1. Требования к материалу, заготовке, термической обработке. 2.4.3.2. Требования к качеству поверхностей, указания по их отделке, покрытию. 2.4.3.3. Размеры, предельные отклонения размеров, формы взаимного расположения поверхностей и т. п. 2.4.3.4. Другие требования к качеству изделий. 2.4.3.5. Условия и методы испытаний. 2.4.3.6. Указания о маркировании и клеймении. 2.5. Содержание отчета Отчет должен содержать формулировку цели и задач работы, рабочие чертежи инструментов. Образец оформления чертежа представлен на рис. 2.5. 2.6. Контрольные вопросы 2.6.1. Перечислите преимущества сборных конструкций инструментов, оснащенных многогранными пластинами, по сравнению с цельными или инструментами с напаянными пластинами из твердого сплава. 2.6.2. Перечислите схемы крепления многогранных пластин на корпусе резца и области их применения. 2.6.3. Из каких материалов изготавливают сменные многогранные пластины? 17 2.6.4. Из каких материалов изготавливают корпусы резцов? 2.6.5. Как повысить долговечность корпуса резца? 2.6.6. За счет чего осуществляется ломание и завивание стружки в сборных конструкциях резцов? Рис. 2.5. Сборный проходной резец 18 3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИЗУЧЕНИЕ ИСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ 3.1. Цель работы Закрепление и углубление знаний по конструкции и назначению инструментов для обработки отверстий (сверл, разверток, зенкеров). 3.2. Содержание работы 3.2.1. Изучить общие конструктивные элементы сверл, разверток, зенкеров. 3.2.2. Изучить режущие элементы сверл, разверток, зенкеров. 3.2.3. Изучить инструменты для измерения конструктивных и геометрических параметров сверл, разверток, зенкеров. 3.2.4. Ознакомиться с типами сверл, разверток, зенкеров. 3.2.5. Провести измерение конструктивных и геометрических элементов сверл, разверток, зенкеров. 3.2.6. Выполнить эскизы сверла, развертки, зенкера. 3.3. Краткие теоретические сведения Наиболее часто для обработки отверстий применяются спиральные сверла, зенкера, развертки. Сверла предназначены для получения отверстий в сплошном материале, для рассверливания на больший размер уже имеющихся отверстий, а также для засверливания конусных углублений в сплошном материале. Сверлением обеспечиваются 12–11 квалитеты точности и шероховатости обработанной поверхности с Rz = 80–20 мкм. Зенкеры предназначены для обработки цилиндрических и конических отверстий, предварительно просверленных, прошитых или отлитых (рис. 3.1а), цилиндрических углублений (рис. 3.1б), конических углублений (рис. 3.1в), плоских и фасонных торцовых поверхностей (рис. 3.1г). а) б) в) г) Рис. 3.1. Виды поверхностей, обрабатываемых зенкерами Точность обработки цилиндрических отверстий находится в пределах 11–9 квалитетов, а шероховатость обработанной поверхности достигает Rа = 2,0 мкм. 19 Развертками производится окончательная (чистовая) обработка предварительно просверленных и расточенных резцов или обработанных зенкером цилиндрических и конических отверстий с точностью до 6–7-го квалитета и с шероховатостью обработанной поверхности до Rа = 0,6 мкм. Спиральное сверло состоит из элементов, указанных на рис. 3.2. Непосредственную работу резания выполняет режущая часть l1, участок l2 рабочей части служит для вывода стружки, направления сверла в работе и резервом для переточек сверла. Поэтому часть l2 получила название направляющей, а иногда её называют калибрующей. Хвостовик служит для закрепления сверла в шпинделе станка. Лапка l5 предназначена для выбивания сверла из гнезда шпинделя станка, а шейка l3 – для выхода шлифовального круга при шлифовании хвостовика и рабочей части. Рабочая часть сверла состоит из двух режущих лезвий 1, двух винтовых каналов 2 и сердцевины, диаметр которой d 0 в сторону хвостовика несколько увеличивается для повышения прочности и жесткости сверла. Каждое лезвие сверла имеет переднюю поверхность 3, заднюю главную поверхность 4 и заднюю вспомогательную поверхность 5, которая называется ленточкой, выполняет роль направляющей поверхности. Спинка сверла 6 занижена для уменьшения трения при направлении сверла цилиндрической поверхностью D по уже обработанной части отверстия. Рис. 3.2. Общий вид спирального сверла 20 У сверла различают две главные режущие кромки 7, две вспомогательные режущие кромки 8 и поперечную режущую кромку 9 на стыке двух задних поверхностей 4. В инструментальной системе координат основной плоскостью является осевая плоскость сверла, проходящая через точку стыка главной и вспомогательной режущей кромок. Плоскостью резания является плоскость, перпендикулярная к основной и проходящая через главную режущую кромку. Поэтому углы заточки сверла рассматриваются и определяются так же как и у резца, который пунктиром наложен на сверло с совмещением рабочих поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок (рис. 3.3). Как и у резца, у каждого лезвия сверла различают главный и вспомогательный 1 углы в плане, угол наклона главной режущей кромки , передний угол и задний в нормальной секущей плоскости. Удвоенное значение угла в плане, угол 2, называют углом при вершине сверла. Рис. 3.3. Геометрические элементы спирального сверла Особенности конструкции и условий работы сверла вносят некоторое отличие в геометрию его режущей части по сравнению с резцом. В связи с наличием поперечной кромки дополнительно появляется угол положения этой кромки, а также задний n и отрицательный передний угол поперечной режущей кромки. Задний угол на вспомогательной задней поверхности (ленточки) равен нулю, т. к. задняя вспомогательная поверхность – часть цилиндра диаметром D. Угол 1, предназначенный для уменьшения трения об обработанную поверхность, имеет малое значение (1–2) и образуется за счет обратной конусности рабочей части. Главный задний угол задается в плоскости 0–0, параллельной оси и перпендикулярной к основной плоскости. 21 Продольным передним углом резца является угол наклона винтовой стружечной канавки сверла. Передний и задний углы непостоянны вдоль главной режущей кромки: от периферии к центру сверла передний угол уменьшается, а задний увеличивается. Пересчет переднего и заднего углов из одной секущей плоскости в другую производится по формулам: tg 0 tg sin , tgan tga sin . Значение этих углов и конструктивные элементы сверла выбираются в зависимости от назначения инструмента и условий обработки. Конструкция хвостового зенкера для обработки цилиндрических отверстий показана на рис. 3.4. Такие же элементы конструкции имеет развертка. Однако конструктивное оформление рабочей и хвостовой частей развертки несколько отличается от оформления этих частей зенкера. У зенкера для цилиндрических отверстий более четырех зубьев не бывает, а у разверток минимальное число зубьев – шесть, и по мере увеличения диаметра число зубьев увеличивается. Число зубьев развертки – четное. Рис. 3.4. Элементы и части цилиндрического зенкера Зубья развертки по окружности расположены неравномерно. Это объясняется следующим образом: в процессе резания всегда имеет место колебание нагрузки на зуб, вызванное неравномерной плотностью обрабатываемого металла, различными включениями в металл. Если развертка имеет совершенно одинаковые окружные шаги, между зубьями могут возникнуть периодические повторяющиеся увеличения нагрузки, и развертка даст неправильное отверстие с гранной поверхностью. Для того 22 чтобы избежать этого явления, делают неравномерный окружной шаг зубьев. Например, если развертка имеет шесть зубьев, то вместо равномер0 ного окружного шага W 360 60 0 делают неравномерную разбивку. 6 При простановке неравномерного шага лучше всего принимать порядок, изображенный на рис. 3.5, при котором каждая пара двух противолежащих зубьев лежит своими режущими кромками на одном диаметре и углы W1 и W11, W2 и W12 и т. д. попарно равны (табл. 3.1) Таблица 3.1 Число зубьев 4 6 8 10 12 W1 6755 5802 42 33 2730 Углы, соответствующие отдельным зубьям развертки W2 W3 W4 W5 9205 5953 6205 44 46 48 3430 36 3730 39 2830 2930 3030 31903 Рис. 3.5. Элементы цилиндрической развертки 23 W6 3230 Формулы зубьев и стружечных канавок развертки и зенкера также отличаются (рис. 3.6). Стружечные канавки зенкера винтовые, а у разверток, кроме специальных, прямые. Впереди режущей части развертки дополнительно имеется направляющий конус с углом при вершине 90 (см. рис. 3.5), который служит для облегчения ввода развертки в отверстие и предохранения её зубьев от поломки в случае повышенного припуска. Режущая часть зенкера и развертки выполняет основную работу резания – удаляет припуск. Направляющая часть служит для направления инструмента по обработанной части отверстия и имеет для этого круглошлифованные ленточки (см. рис. 3.5, 3.6). Она производит также окончательную подчистку отверстия и обеспечивает ему требуемый размер, поэтому её называют ещё калибрующей частью. Рис. 3.6: а – зенкеры; б – развертки Хвостовики зенкеров и разверток служат для закрепления инструмента на станке. Они могут быть коническими или цилиндрическими (рис. 3.7). Зуб зенкера и развертки представляет собой резец, определенным образом сориентированный относительно корпуса (рис. 3.8). Он совмещен с зубом зенкера и развертки главной режущей кромки ВС, вспомогательной СD, передней и задними поверхностями. Поэтому геометрические параметры зенкера и развертки такие же, как у резца: главный угол в плане , вспомогательный угол в плане 1, образующий обратную конус24 ность, передний и задний углы в нормальном сечении N-N, угол наклона главной режущей кромки , угол наклона вспомогательной режущей кромки, который у зенкера и развертки показывают углом наклона стружечной канавки . В связи с тем, что процессы сверления и зенкерования похожи, главный задний угол зенкера иногда задают, как у сверла, в секущей плоскости параллельной оси. Конический хвостовик Цилиндрический хвостовик Рис. 3.7 Указанные параметры зенкера и развертки рассмотрены в инструментальной системе координат, где в соответствии с ранее приведенными определениями основной плоскостью является осевая плоскость инструмента, проходящая через вершину С режущего лезвия. Плоскость резания перпендикулярна к ней и касательна к режущей кромке в вершине С. В соответствии с этим (как у резца) формируются определения геометрических параметров (углов заточки) зенкера и развертки. Рис. 3.8. Геометрические параметры (а – зенкеры; б – развертки) 25 3.4. Оборудование, инструменты и приборы Объектом исследования являются сверла, зенкеры, развертки различных типов. Необходимые приборы: делительная головка, универсальный угломер, стойка индикаторная, индикатор, угол, штангенциркуль, линейка. 3.5. Методические указания по выполнению работы 3.5.1. Для исследования берутся сверло, зенкер и развертка. Определяется их тип. 3.5.2. Определяются конструктивные и геометрические элементы выданных инструментов. Производится измерение задних углов, осевого биения режущих кромок, угла при вершине, угла наклона поперечной режущей кромки сверл с конической и винтовой формой задних поверхностей. Контроль угла при вершине сверла (рис. 3.9а) и угла наклона поперечной режущей кромки (рис. 3.9б) осуществляют универсальным угломером. б а Рис. 3.9. Контроль геометрических спиральных сверл с помощью угломера Задний угол контролируют с помощью индикатора при вращении сверла, устанавливаемого в делительную головку, с фиксированием угла поворота шпинделя (рис. 3.10). При контроле заднего угла в нормальном сечении измерительную ножку индикатора устанавливают с натягом вблизи режущей кромки в точке М1 на расстоянии от оси сверла (рис. 3.11). Ось ножки располагают перпендикулярно к задней поверхности сверла. В положении 1 шкалу индикатора ставят на нуль. На заднем торце шпинделя делительной головки имеется лимб отсчета углов поворота сверла. В установленном положении записывается показание лимба. Затем сверло поворачивают вокруг его оси на угол = 8–10 в положение 11 и фиксируют величину . После поворота сверла на угол ножка индикатора займёт положение в точке М2. 26 Задний нормальный угол: tgan a 180 0 . (3.1) Задний угол в цилиндрическом сечении tgao tgan sin . (3.2) Задний угол контролируется в трех–четырех точках на режущей кромке для сверл с конической и винтовой формой задних поверхностей. На основе полученных данных строят график зависимости f ( ) для каждого сверла. Рис. 3.10. Схема замера заднего угла Рис. 3.11. Схема измерения заднего угла Измерение передних и задних углов развертки показано на рис. 3.12. 27 Рис. 3.12. Определение геометрических элементов с помощью прибора для контроля параметров многолезвийного инструмента Линейные размеры измеряются штангенциркулем и линейкой. После проведения измерений составляют рабочие эскизы сверла, зенкера и развертки. 3.6. Содержание отчета Отчет должен содержать формулировку цели и задач работы и рабочие чертежи изучаемых инструментов. Чертежи инструментов должны удовлетворять требованиям к сборочным чертежам (ГОСТ 2.103-73) и содержать изображение изделия с его видами, разрезами, сечениями, а также текстовую часть и надписи, необходимые для понимания конструктивного устройства изделия. Технические требования на чертеже излагают в следующей последовательности: 1) требования к материалу, заготовке, термической обработке; 2) требования к качеству поверхностей, указание по их отделке, покрытию; 3) размеры, предельные отклонения размеров, формы взаимного расположения поверхностей и т. п.; 4) другие требования к качеству изделий; 5) указания о маркировании и клеймении. 3.7. Контрольные вопросы 3.7.1. Конструкции инструментов для отверстий. 3.7.2. Типы сверл, зенкеров, разверток. 3.7.3. Части и элементы сверл, зенкеров, разверток. 3.7.4. Режущие элементы сверл, зенкеров, разверток. 3.7.5. Геометрические параметры спирального сверла. 3.7.6. Геометрические параметры зенкера. 3.7.8. Геометрические параметры разверток. 3.7.9. Инструменты и приборы для контроля конструктивных и геометрических параметров сверл, зенкеров, разверток. 28 4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ФРЕЗ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 4.1. Цель работы Данная работа имеет целью ознакомить студентов с конструкциями цельных острозаточенных и затылованных фрез. 4.2. Содержание работы 4.2.1. Изучение конструкций фрез общего назначения и методов крепления режущих зубьев в корпусе фрезы. 4.2.2. Измерение геометрических и конструктивных параметров фрез. Оформление эскизов инструмента. 4.2.3. Изучение методов контроля геометрии фрез. 4.3. Оборудование, инструмент и приборы Объектом исследования являются цельные и сборные конструкции фрез общего назначения. Необходимые приборы: штангенциркуль, линейка, универсальный угломер, угломер Бабчиницера. 4.4. Краткие теоретические сведения Фрезы выполняются с прямыми, винтовыми и наклонными канавками. Фрезы с прямыми канавками применяются при обработке фасонных поверхностей и нешироких пазов. Основной недостаток этих фрез – отсутствие плавности в работе, что при малой глубине резания приводит к вибрациям. Для устранения этого недостатка режущим зубьям дают наклон относительно оси фрезы. Наклон может быть левым и правым. По конструкции режущего зуба фрезы можно разделить на две группы: а) фрезы с острозаточенными зубьями; б) фрезы с затылованными зубьями. Формы острозаточенных и затылованных зубьев показаны на (рис. 4.1а, б, в, г). Фрезы, предназначенные для обработки плоских поверхностей, пазов, уступов и т. д., не требуют сохранения профиля зуба при переточках, поэтому они изготавливаются с острозаточенными зубьями (рис. 4.1а, б, в). Зубья по форме (рис. 4.1а) наиболее просты в изготовлении, но мало прочны. Форма зубьев по параболе (рис. 4.1б) способствует повышению прочности зуба и рекомендуется для изготовления цельных цилиндрических и концевых фрез со спиральными канавками. Форма зубьев с фасками f и f1 (рис. 4.1в) проста в изготовлении и обладает достаточной прочностью. 29 а) б) в) г) Рис. 4.1. Формы зубьев фрез Фрезы с затылованными зубьями применяются для обработки фасонных поверхностей. Для сохранения постоянства профиля затылованных фрез необходимо, чтобы высота профиля h в каждом радиальном сечении AA1–ВВ1 оставалась неизменной после переточек (рис. 4.1г). Задняя поверхность у таких фрез образуется затылованием по архимедовой или логарифмической спирали. Величина падения затылка фрезы рассчитывается по формуле: K D z tg 0 , (4.1) где D – наружный диаметр фрезы; 0 – задний угол на наружном диаметре новой фрезы; z – число зубьев. Полная глубина канавок Н между зубьями рассчитывается по формуле: H h k r, 30 где h – полная высота фасонного профиля; r – радиус закругления впадины (обычно r 2 мм). По конструкции фрезы могут быть цельными, составными, сборными и наборными, состоящими из нескольких отдельных стандартных или специальных фрез и предназначенных для одновременной обработки нескольких поверхностей. Сборными изготавливаются фрезы диаметром свыше 60–75 мм и торцевые фрезы. По способу крепления ножей различают сборные фрезы: а) со вставными ножами; б) с механическим креплением к корпусу пластинок твердого сплава. По расположению зубьев относительно оси различают: фрезы цилиндрические с зубьями, расположенными на поверхности цилиндра (рис. 4.2а); фрезы торцовые с зубьями, расположенными на торце цилиндра (рис. 4.2б); фрезы угловые с зубьями, расположенными на конусе (4.2в); фрезы фасонные с зубьями, расположенными на поверхности с фасонной образующей (рис. 4.2г) (с выпуклым и вогнутым профилем); фрезы, имеющие зубья как на цилиндрической, так и на торцовой поверхности, например дисковые двух- и трехсторонние (рис. 4.2д); концевые (рис. 4.2е); шпоночные (рис. 4.2ж, з). По направлению зубьев фрезы могут быть прямозубыми (рис. 4.2д), в которых направляющая линия передней поверхности лезвия прямолинейна и перпендикулярна направлению скорости главного движения резания (под направляющей линией передней поверхности понимают линию, по которой движется точка прямой, описывающей эту поверхность); косозубые (рис. 4.2г), у которых направляющая линия передней поверхности лезвия прямолинейна и наклонена под углом к направлению скорости главного движения резания; с винтовым зубом (рис. 4.2а), в которых направляющая линия передней поверхности является винтовой. По способу крепления на станке различают фрезы насадные с отверстием под оправку и концевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком. 31 Рис. 4.2. Типы фрез общего назначения 4.5. Методические указания по выполнению работы 4.5.1. Ознакомиться с конструкциями предложенных фрез общего назначения; изучить их конструктивные и геометрические параметры. 4.5.2. Произвести эскизирование двух фрез, различных по способу крепления на станке, и осуществить замеры всех основных конструктивных и геометрических параметров. На чертежах фрезы изображаются в следующих проекциях: 1) продольный разрез; 2) вид с торца; 3) сечения секущими плоскостями N–N и М–М режущих зубьев. 32 Для оформления рабочих чертежей фрез все линейные размеры измеряются штангенциркулем, а угловые размеры – универсальными угломерами, а также угломером Бабчиницера. Кроме этого, должны быть определены расчетом и обмером следующие параметры фрез: 1. Шаг по спирали H D ; H t z , осев tg сп где D – диаметр фрезы; tосев – осевой шаг фрезы; z – число зубьев фрезы; сп – угол наклона зуба к оси фрезы. 2. Окружной, осевой нормальный шаг фрезы t окр D tокр tосев ; t N t окр cos сп . z tg сп 3. Углы режущего зуба и в нормальном сечении tg N tg торц cos сп , ; tg N tg торц cos сп . 4.6. Методы контроля геометрических элементов фрез При измерении углов наклона спирали зубьев фрез сп или угла профиля угловых фрез обычно пользуются универсальными угломерами, как это показано на рис. 4.3 и 4.4. Для измерения передних и задних углов фрез в нормальном и торцевом сечениях пользуются угломером конструкции инженера Бабчиницера. На рис. 4.5 показана схема измерения переднего угла фрезы в торцевом сечении, а на рис. 4.6 – схема измерения заднего угла. Рис. 4.3. Измерение угла наклона профиля цилиндрических фрез 33 Рис. 4.4. Измерение угла профиля угловых фрез Рис. 4.5. Измерение переднего угла угломером Бабчиницера Рис. 4.6. Измерение заднего угла угломером Бабчиницера 34 4.7. Содержание отчета Отчет должен содержать формулировку цели и задач работы, описание устройства инструментов и их эскизы, основные конструктивные и геометрические элементы фрез общего назначения, расчеты по настройке оборудования для заточки зубьев фрез, схемы заточки. 4.8. Контрольные вопросы 4.8.1. Как измеряются углы фрезы? 4.8.2. Какие формы зубьев фрез существуют? Каково их применение в конструкциях фрез? 4.8.3. Почему фасонные фрезы имеют заднюю поверхность зуба затылованную? Могут ли быть фасонные фрезы с острозаточенным зубом? 4.8.4. Какие существуют виды крепления зубьев фрез? 4.8.5. Какие типы конструкций фрез существуют? Каково их применение? 4.8.6. С какой целью делают фрезы со спиральным зубом? 35 5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ОБМЕР И ЭСКИЗИРОВАНИЕ РЕЗЬБОНАРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА 5.1. Цель работы Изучение основных типов инструментов для нарезания наружных и внутренних резьб и практическое освоение методов контроля его основных геометрических и конструктивных параметров. 5.2. Содержание работы 5.2.1. Изучить: основные типы инструментов для изготовления наружных и внутренних резьб; конструктивные элементы и геометрические параметры метчиков, круглых резьбонарезных плашек, цилиндрических гребенчатых фрез. 5.2.2. Ознакомиться с измерительными инструментами. 5.2.3. Измерить конструктивные и геометрические параметры выданного инструмента, выполнить эскиз измеряемого инструмента. 5.2.4. Заполнить отчет и результаты измерения внести в таблицу. 5.3. Краткие теоретические сведения. Резьба является распространенным элементом деталей машин. Резьбовые соединения конструктивно подразделяются по форме, классу точности и сопряжению (посадке). По форме различаются соединения цилиндрические, конические и смешанные, которые бывают наружными и внутренними. Различают также резьбы, работающие с трением качения. К первым относятся все обычные цилиндрические, конические и смешанные, а ко вторым – шариковые резьбы. Цилиндрические резьбовые соединения по профилю резьбы делятся на треугольные с плоской и закругленной (трубные) вершинами, трапецеидальные, упорные и специальные (например, круглый профиль). Конические резьбовые соединения разделяются на трубные, дюймовые (с углом профиля 60°), метрические и специальные. По точности согласно ГОСТу 16093-70 резьбы разделяются на 5 степеней: 4, 5, 6, 7 и 8-ю. Основным рядом допусков для всех диаметром является шестая степень точности. По сопряжению (посадкам) цилиндрические резьбы разделяются на скользящие, резьбы с зазором и натягом. 5.4. Инструмент для обработки внутренних резьб Внутренние резьбы получают с образованием стружки, пластическим деформированием, а также резанием с последующим деформированием. 36 Для изготовления внутренних резьб с образованием стружки применяют следующие инструменты: резцы резьбовые; метчики; гребёнки резьбонарезные; резьбошлифовальные круги одно- и многониточные; фрезы резьбовые; инструмент для протягивания резьбы; вихревые головки; резьбонарезные головки. 5.4.1. Основные типы метчиков, их назначение и конструкции По конструкции и применению различают следующие типы метчиков: ручные – для нарезания резьбы вручную, состоящие обычно из одного, двух или трех штук в комплекте; машинные – для нарезания резьбы в различных деталях на станках или при помощи пневматических и электрических дрелей; гаечные – для нарезания резьбы в гайках на сверлильных или гайконарезных станках; их изготавливают с прямыми хвостовиками (ГОСТ 1604-71), снабженными лысками для быстросменного крепления, квадратами или лапками и с изогнутыми хвостовиками (ГОСТ 6951-71); плашечные и маточные – для нарезания и калибрования резьбы в плашках; трубные – для нарезания трубной резьбы в трубах и муфтах; конические – для нарезания конической резьбы (ГОСТ 6227-71); метчики сборной конструкции, регулируемые, нерегулируемые и самовыключающиеся (резьбонарезные головки для резьбы); калибровочные для калибрования и зачистки резьбы, предварительно нарезанной другими резьбонарезными инструментами; специальные (сдвоенные, ступенчатые, с прерывистой резьбой для трапецеидальной, прямоугольной и других видов профиля и т. п.); с бочкообразным зубом – для нарезания точных резьб; метчик-протяжка – для высокопроизводительного нарезания многозаходных трапециидальных и метрических резьб; резьбопрошивка – для высокопроизводительного нарезания крупных резьб; комбинированные метчики (сверло-метчик) – служат для последовательного выполнения двух переходов сверления отверстия и нарезания резьбы; режуще-выдавливающие метчики. Эти инструменты работают 37 комбинированным методом. Сначала нарезают резьбу, а затем пластически деформируют до окончательного размера. Конструктивные и геометрические параметры метчика показаны на рис. 5.1. Он имеет рабочую часть и хвостовик. В свою очередь рабочая часть l состоит из режущей (заборной) l1 и калибрующей lк. Рис. 5.1. Конструктивные и геометрические параметры метчика Обычно выбирают (рассчитывают) длину режущей части l1 и угол заборного конуса , диаметр торца dт, угол наклона стружечных канавок (у метчиков по ГОСТу 17932-72), передний угол , задний угол , длину калибрующей части lк, наружный диаметр d, средний диаметр d2, внутренний диаметр d1, число перьев z. Заборная или режущая часть метчика выполняет основную работу резания. Заборную часть изготавливают: 1) с уклоном под углом по наружному диаметру резьбы (рис. 5.2а), схема резания (рис. 5.2б); 2) с уклоном по наружному диаметру и профилю при 1 < (рис. 5.2в), схема резания (рис. 5.2г); 3) с уклоном по наружному диаметру под углом , равным уклону по профилю 1 (рис. 5.2д), схема резания (рис. 5.2е). Заборной частью первого вида снабжают ручные, машинные и гаечные метчики. Заборную, часть 2-го вида применяют для зачистки боковых поверхностей профиля (плашечные метчики). Заборная часть 3-го вида используется для калибрования резьбы и снятия незначительного припуска (маточные метчики). Применятся также метчики с комбинированными заборными частями. 38 Рис. 5.2. Заборные части метчиков Уклон заборной части метчика зависит от шага резьбы Р, числа перьев z, толщины среза а и определяется по формуле: az tg . (5.1) P Обычно угол принимается для машинных метчиков 6°30`, для гаечных мётчиков – 3°30`. У метчиков, предназначенных для нарезания глухих отверстий, рассчитывается исходя из того, что длина заборной части принимается равной двум виткам (l = 2P). Диаметр переднего торца метчика dт в целях обеспечения вправления его при вводе в нарезаемое отверстие делают меньше диаметра сверла под резьбу. Обычно метчики выполняют с прямыми канавками. Однако метчики с винтовыми канавками с углом до 30° являются более работоспособными. Режущая способность метчика зависит от выбора переднего и заднего углов. Передний угол назначают в зависимости от обрабатываемого материала от 0 до 25°. Задний угол на метчике получается путем затылования по наружному диаметру заборной (режущей) части. В зависимости от назначения, размера метчика и обрабатываемого материала = 3 – 12°. Затылование выполняется по архимедовой спирали. Величина затылования К, отнесенная к центральному углу 360º, подсчитывается по формуле: K dт z tg , где: d т – диаметр переднего торца метчика; z – число перьев метчика. Калибрующая часть метчиков может изготавливаться без затылования (ручные метчики и иногда мелкие до М10) по профилю (рис. 5.3а), с заты39 лованием на 2/3 ширины пера (рис. 5.3б), или с затылованием доостра на всей ширине пера (рис. 5.3в) и по всему профилю. Рекомендуемые значения заднего угла на вершине режущих кромок составляют 6–12 градусов. Рис. 5.3 Виды затылования метчиков Для уменьшения сил трения и разбивания резьбового отверстия калибрующая часть выполняется с обратной конусностью по наружному, среднему и внутреннему диаметрам резьбы. ГОСТ 16925-71 устанавливает допуски на следующие элементы резьбы метчика: шаг резьбы, угол профиля; средний, наружный и внутренний диаметры. 5.5. Инструменты для обработки наружных резьб Наружные резьбы получают с образованием стружки, пластическим деформированием или обработкой резанием с последующим деформированием обкатыванием. Для изготовления наружных резьб с образованием стружки применяют: резцы резьбовые; гребёнки; вращающиеся резьбовые головки; плашки; резьбовые головки с радиальными тангенциальными или круглыми плашками; резьбовые дисковые и гребёнчатые фрезы; однониточные резьбошлифовальные круги; многониточные резьбошлифовальные круги и т. д. Наружные резьбы пластическим деформированием получают: плоскими или секторными плашками; круглыми роликами с радиальной, тангенциальной или с продольной подачей; резьбонакатными самораскрывающимися головками с осевой подачей; бесстружечными плашками. 40 5.5.1. Круглые плашки Круглую плашку (рис. 5.4) применяют для получения резьб, к которым не предъявляются особые требования в отношении точности размеров и качества поверхности. Круглые плашки выполняют с неразрезанной (рис. 5.4а) и разрезанной (рис. 5.4в) перемычками. Основные конструктивные элементы круглой плашки: 1) наружный диаметр Д; 2) толщина Н; 3) число стружечных отверстий или число перьев z; 4) ширина перьев m; 5) режущая l1 и калибрущая lk части; 6) диаметр d и положение стружечных отверстий Д1; 7) углы резания , ; 8) отверстия для крепления и регулирования плашки; 9) элементы резьбы. б) а) в) г) Рис. 5.4. Конструктивные и геометрические параметры круглой плашки 41 Наружный диаметр плашки Д зависит от размера нарезаемой резьбы и диаметра стружечных отверстий. В соответствии с ГОСТом 9740-71: Д = 12–200 мм. Толщина плашки выбирается из условия размещения достаточного количества витков: на режущей части 1,5–2 витка и на калибрующей 3 – 5 витков. Число стружечных отверстий плашки z выбирается в зависимости от диаметра резьбы по табл. 5.1. Таблица 5.1 Диаметр резьбы, мм Число отверстий 1–5 3 5,5 – 16 4 18 – 27 5 30 – 33 6 36 – 48 7 52 – 64 8 Зная число стружечных отверстий, можно определить ширину пера m и ширину просвета Н1. Они связаны между собой, так как в сумме образуют зуб и канавку для выхода стружки: m = (0,6…0,8)H1. В практике конструирования плашек диаметр стружечных отверстий d и диаметр их расположения Д1 определяют чаще всего графическим путем. Вычерчивают плашку в масштабе и, задаваясь наружным диаметром Д, углом , шириной просвета HI, внутренним диаметром d1 и числом отверстий z, определяют d и Д1. Для сохранения прочности плашки необходимо, чтобы величина от окружности плашки Д до окружности отверстия d была не меньше (0,15…0,12)Д для плашек с тремя-пятью стружечными и не меньше (0,1…0,09)Д для плашек с шестью-восемью отверстиями. Режущая часть плашки выполняет основную работу по нарезанию профиля резьбы. Режущая часть имеет внутренний конус с углом 2 = 50°. Передний угол плашки выбирают в зависимости от обрабатываемого материала в пределах 10–25°. На заборной части плашки обязательно должен быть задний угол = 6…9°. Его получают путем затылования по архимедовой спирали. Величина затылования К, отнесенная к шагу перьев, определяется по формуле: d1 (5.2.) tg , z где d1 – внутренний диаметр резьбы; z – число перьев. Из-за технологической сложности задний угол на калибрующей части не делается. Исполнительные размеры плашки принимаются по ГОСТу 9740-71, а допуски на резьбу – по ГОСТу 17587-72. 5.5.2. Цилиндрические гребенчатые резьбонарезные фрезы Гребенчатые резьбонарезные фрезы применяют при фрезеровании наружных и внутренних остроугольных резьб небольшой длины (до 100 K 42 мм) с небольшим шагом (до 4 мм) и небольшим углом подъёма резьбы (до 4°). Фрезерование резьбы гребенчатой фрезой в несколько раз производительнее по сравнению с нарезанием круглой плашкой и, кроме того, обеспечивает более высокую точность обработки. Процесс фрезерования резьбы происходит за 1–1,25 оборота заготовки, причем для образования винтовой линии резьбы фреза перемещается за это время вдоль оси на один шаг. Фрезы снабжены кольцевыми витками, имеющими профиль нарезаемой резьбы. С целью сохранения идентичности профиля резьбы при переточках фрезы изготавливаются только с затылованными зубьями. Резьбовые гребенчатые фрезы изготавливают насадными и концевыми. Канавки фрез делают прямыми и винтовыми с небольшим углом наклона. Основными конструктивными элементами фрез (рис. 5.5) являются: диаметр фрезы Д, диаметр посадочного отверстия d, длина фрезы L, число зубьев z, форма пера, углы резания, угол впадины между зубьями Q, направление канавки, элементы резьбы. Рис. 5.5. Гребенчатая фреза Для изготовления наружной резьбы применяют фрезы с Д = 45–90 мм, для внутренней резьбы – с Д = 10–40 мм, при внутренней обработке диаметр фрез должен быть равен 0,85–0,9 диаметра отверстия. Диаметр отверстия под оправку должен быть выбран достаточной величины с целью устранения вибраций в процессе работы. Его рекомендуется выбирать согласно табл. 5.2. Таблица 5.2 Диаметр фрезы D, мм 45 55 65 70 Диаметр отверстия d, мм 16 22 27 32 43 Гребенчатые фрезы делаются длиной не более 100 мм. Длина фрезы, зависит от длины нарезаемой резьбы детали и определяется по формуле: L lд 2...3 P, где l д – длина резьбы детали; Р – шаг резьбы. Число зубьев фрезы z ориентировочно можно подсчитать по формуле: z 1,75 Д , где Д – диаметр фрезы. Число зубьев фрезы и величину затылования К рекомендуется принимать в зависимости от диаметра фрезы согласно табл. 5.3. Таблица 5.3 Диаметр фрезы D, мм Число зубьев z Величина затылования К 15 6 1,25 20–25 30 35–40 6–8 1,5 8 2 10 2 45 55 65–70 80–90 10–12 2 12–14 2,5 14–16 2,5 16–18 3 Рекомендуемые величины затылования К обеспечивают получение задних углов на вершине зубьев в пределах 8–10° и на боковых сторонах профиля в пределах 4–5°, что является вполне достаточным для процесса резания. Элементы затылованного зуба и канавки выбирают, исходя из тех же соображений, что и обычных затылованных фрез. Так как высота профиля метрической и дюймовой резьбы незначительна, то можно брать канавку более широкую, чем обычно. Угол канавки Q делают 30–45°, радиус закругления r = 4,5 мм. Фрезы согласно ГОСТу 1336-77 изготавливаются двух степеней точности. Вместо контроля размеров по диаметрам резьбы проверяется на микроскопе высота профиля, отдельно головка h1 и ножка h2, считая от средней линии. 5.6. Оборудование, инструменты и приборы Для измерения метчиков, круглых плашек, фрез цилиндрических гребенчатых используются ниже перечисленные инструменты. Микрометр, штангенциркуль, масштабная линейка, индикатор с плоским наконечником. Универсальный угломер, шаблоны, инструментальный микроскоп, приспособление с индикатором для измерения заднего угла, приспособление для измерения переднего угла. 5.7. Методические указания по выполнению работы Методы и средства контроля размеров и геометрических параметров метчиков указаны в табл. 5.4. 44 Величину конусности X резьбы калибрующей части метчиков и бесстружечных метчиков по среднему диаметру измеряют с помощью резьбового микрометра и инструментального микроскопа. Она подсчитывается по формуле: X d 2P d 2 X , lX (5.3) где: d 2 P – средний диаметр резьбы, измеренный у начала калибрующей части; d 2 X – средний диаметр резьбы, измеренный на расстоянии l X от начала калибрующей части метчика. Контроль диаметра сердцевины метчика осуществляют резьбовым микрометром, с коническими или сферическими вставками. Контроль величины и симметричности угла 2 при вершине проверяют при помощи универсального угломера и штангенциркуля с ценой деления 0,1 мм. Измерение угла заборного конуса может быть произведено на инструментальном микроскопе при установке метчика в центрах. Контроль общей длины и длины заборного конуса можно проверить одновременно при помощи шаблона или штангенциркуля. Методы и средства контроля размеров и геометрических параметров круглых плашек указаны в табл. 5.4. Измерение переднего угла круглой плашки представлено на рис. 5.6. Рис. 5.6. Измерение переднего угла круглой плашки Методы и средства контроля размеров и геометрических параметров фрез цилиндрических гребенчатых резьбовых в большинстве случаев аналогичны средствам контроля обычных затылованных фрез. Проверка точности элементов резьбы фрезы осуществляется на инструментальном микроскопе. 45 Таблица 5.4 Методы и средства контроля метчиков Измеряемый параметр Условное обозначение dт Диаметр переднего торца Длина: режущей (заборной) части калибрующей части Общая длина Угол наклона заборной части l1 lk L Передний угол Величина затылования на заборной части Величина затылования на калибрующей части Шаг резьбы, угол профиля K K1 P,/2 Наружный диаметр d1 Средний диаметр dz Внутренний диаметр dz Угол наклона винтовой канавки Ширина пера Диаметр сердцевины b dc Средства измерения Штангенциркуль Штангенциркуль Штангенциркуль Универсальный угломер, универсальный инструментальный микроскоп или шаблон Прибор конструкции ВНИИ, универсальный угломер Измерение в центрах с помощью индикатора то же Универсальный инструментальный микроскоп При четном числе перьев – микрометр; для трехперых – прибор РМ с плоскими вставками При четном числе перьев – резьбовой микрометр или универсальный инструментальный микроскоп, для трехперых – прибор РМ или метод трех проволочек на оптиметре Универсальный инструментальный микроскоп Измерительная линейка, инструментальный микроскоп Штангенциркуль Для метчиков с четным числом перьев – резьбовой микрометр, для метчиков трёхперых – прибором РМ Таблица 5.5 Методы и средства контроля круглых плашек Измеряемый параметр круглых плашек Наружный диаметр, толщина Размер резьбы: наружный, средний, внутренний диаметры; шаг, угол профиля Условное обозначение Д, Н d, d1, d2, Р, /2 46 Средства измерения Микрометр, штангенциркуль Комплексный метод проверки при помощи резьбовых калибров Проверка посредством нарезания пробного болта Окончание табл. 5.5 Измеряемый параметр круглых плашек Биение по наружному диаметру и по торцам Смещение боковых гнезд Условное обозначение – с Передний угол Величина затылования К Угол заборного конуса 2 = 50° Наибольший диаметр заборного конуса Диаметр окружности расположения стружечных отверстий Диаметр стружечных отверстий Ширина пера Ширина прорези на наружной поверхности Ширина дна прорези Диаметр боковых зажимных гнезд Угол прорези D2 Средства измерения Измерение в центрах на конической резьбовой оправке индикатором Измерение на инструментальном микроскопе с помощью шарика Специальный прибор Специальный штангенциркуль (рис. 5.6). Специальные приборы Инструментальный микроскоп с базированием в призме Специальный прибор 1. Универсальный угломер 2. Специальный шаблон 3. Специальный прибор 1. Для плашек с четным числом перьев измерение шаблоном 2. Для плашек с нечетным числом специальным шаблоном 3. Специальным прибором Д1 d l m b Штангенциркуль - a Штангенциркуль d3 60° Штангенциркуль Специальный шаблон 5.8. Содержание отчета 5.8.1. Эскиз инструмента. 5.8.2. Схема измерения различных конструктивных и геометрических параметров инструмента. 5.8.3. Расчеты. 5.8.4. Результаты расчетов и измерений (табл. 7). 47 Таблица 5.6 Результаты расчетов и измерений Длина общая, мм Длина рабочей части, мм Длина режущей (заборной) части, мм Длина хвостовика, мм Величина затылования или огранки Число перьев (граней) Угол при вершине (град) Передний угол (град) Задний угол заборной части (град) Задний угол (град) калибрующей части Угол наклона канавки (гребней) (град) Марка Геометрические параметры Диаметр, мм Материал режущей части Наименование инструмента Конструктивные элементы инструмента d L l lp lk K z 2 1 5.9. Контрольные вопросы 5.9.1. Как подразделяются инструменты для получения внутренней резьбы с образованием стружки? 5.9.2. Основные конструктивные элементы метчиков. 5.9.3. Перечислите виды заборных конусов метчиков и схемы их резания. 5.9.4. Есть ли разница в величинах задних углов и формах режущего пера на заборной и калибрующей частях метчика? 5.9.5. Классификация инструментов для изготовления наружных резьб резанием. 5.9.6. Из каких основных частей состоит круглая плашка? 5.9.7. В чем преимущество резьбовой цилиндрической гребенчатой фрезы по сравнению с круглой плашкой? 5.9.8. Основные конструктивные элементы фрез цилиндрических гребенчатых. 5.9.9. Классификация инструментов для изготовления наружных резьб методом пластической деформации. 48 6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТЯЖЕК 6.1. Цель работы 6.1.1. Практическое ознакомление с различными типами протяжек. 6.1.2. Приобретение навыков в составлении эскизов и выборе конструктивных и геометрических параметров протяжек. 6.2. Содержание работы 6.2.1. Ознакомление с конструкциями предложенных протяжек. 6.2.2. Измерение конструктивных и геометрических параметров протяжек. 6.2.3. Определение размеров отверстия, обрабатываемого внутренней протяжкой. Меры безопасности при выполнении лабораторной работы: 1) подготовить рабочее место; 2) обратить внимание на опасность травматизма при обращении с острозаточенным инструментом; 3) исключить падение инструмента и травмирование кожного покрова конечностей лезвием инструмента. 6.3. Краткие теоретические сведения 6.3.1. Назначение протяжек Протяжки применяются для обработки цилиндрических и фасонных (шлицевых, шпоночных, многогранных) отверстий, а также различных фасонных поверхностей и плоскостей. На рис. 30 приведена схема обработки круглой протяжкой. Протягиваемая деталь 1 упирается в станину 2 станка, протяжка проходит отверстие детали. Отверстие перед протягиванием предварительно просверливают, растачивают, а также получают отливкой. Рис. 6.1. Схема обработки круглой протяжкой Резание при круглом протягивании осуществляется за счет того, что при поступательном движении режущие зубья, имеющие постепенно 49 увеличивающийся размер по диаметру, снимают стружку, толщина которой а определяется как полуразность диаметров двух смежных зубьев (см. рис. 6.2). a d1 d 2 . 2 Рис. 6.2. Общий вид зубьев круглой протяжки Протяжка представляет собой инструмент, предназначенный для обработки сквозных отверстий и наружных поверхностей. Чаще всего протяжка представляет собой стержень, на поверхности которого имеется ряд зубьев. Срезание слоев металла производится при отсутствии движения подачи за счет увеличения ширины или высоты последующего зуба по отношению к ширине или высоте предыдущего. Это превышение является подъемом или подачей на зуб протяжки. Протяжки являются одним из высокоэффективных типов режущего инструмента. К прогрессивным свойствам этого инструмента можно отнести следующие признаки: 1) высокую производительность, которая, несмотря на малую скорость резания (5–8 м/мин), достигается за счет большой суммарной длины режущих кромок, одновременно участвующих в работе, совмещения черновых и чистовых операций, непрерывного контакта зуба с обрабатываемой поверхностью; 2) высокую точность и стабильность размеров обрабатываемых деталей (5-8, квалитет); 3) малую шероховатость обработанной поверхности (0,32, 0,08 мкм); 4) возможность обработки за одну операцию сложного профиля изделия; 5) отпадает необходимость в использовании высококвалифицированной рабочей силы; 6) высокую стойкость инструмента. Протяжки являются узкоспециализированным инструментом, предназначенным для обработки одной или нескольких определенных деталей. Поэтому они, в основном, применяются в массовом и крупносерийном производстве. Однако в том случае, если необходимая точность об50 работки может быть получена только протягиванием, например, при изготовлении шлицевых и других фасонных отверстий, протяжки используют и в мелкосерийном производстве. Протяжки, применяемые в современном машиностроении, можно разделить на две основные группы: 1) для обработки отверстий различной формы; 2) для обработки наружных поверхностей. В свою очередь протяжки для обработки отверстий делятся на следующие типы: 1) протяжки для круглых отверстий; 2) шлицевые протяжки; 3) фасонные протяжки различного профиля (эвольвентные, многогранные, елочные и др.); 4) комбинированные протяжки; 5) шпоночные и пазовые протяжки. Наружные протяжки по типу обрабатываемых поверхностей делятся на следующие типы: 1) плоские; 2) полукруглые; 3) фасонные. По конструкции зубьев и методу работы протяжки бывают: 1) режущие, то есть такие, у которых есть острые режущие зубья; 2) уплотняющие или выглаживающие, работа которых основана на методе пластической деформации материала; 3) комбинированные, режуще-выглаживающие. Обработка отверстий протяжками с выглаживающими зубьями позволяет повысить геометрическую точность, уменьшить шероховатость и повысить износостойкость детали. Выглаживающие зубья в виде колец или блоков применяются самостоятельно на выглаживающих прошивках и в комбинации с режущими зубьями на комбинированных протяжках и прошивках. Выполненные в большинстве случаев из твердосплавных материалов, выглаживающие зубья обладают стойкостью до нескольких тысяч метров обработанной поверхности. Применение отдельных выглаживающих зубьев позволяет еще больше увеличить общую стойкость протяжки. Установление выглаживающего блока на бывшую в употреблении и потерявшую размер режущую протяжку позволяет увеличить срок ее службы. Блоки выглаживающих зубьев или отдельных зубьев в виде колец на комбинированных режуще-выглаживающих протяжках устанавливаются между задней направляющей и задней замковой частью протяжки. По виду главного движения протяжки подразделяются на следующие типы: 51 1) с прямолинейным движением резания; 2) с круговым движением резания. По способу приложения силы к инструменту бывают протяжки либо прошивки. У протяжки усилие протяжного станка прикладывается к хвостовой части, а у прошивки к заднему торцу. Силой протяжного станка протяжка протягивается через отверстие, а прошивка проталкивается через него. Первые работают на растяжение, а вторые на сжатие. Поэтому прошивки делаются короткими, не длиннее пятнадцатикратного ее диаметра, так как в противном случае они могут изогнуться. По конструкции протяжки делятся на цельные, составные и сборные. Цельные протяжки изготавливаются из одной заготовки. Они обладают высокой прочностью и жесткостью. Однако высокая стоимость инструментального материала заставляет делать их составными и сборными. У составных протяжек рабочая часть выполняется из быстрорежущей стали, а хвостовик и шейка из конструкционной. Соединение частей заготовки производится неразъемным способом, чаще всего стыковой сваркой. Отдельные составные части сборных протяжек изготавливаются из разных материалов: рабочие из инструментальных материалов, а остальные из конструкционных сталей, но соединение их осуществляется разъемным способом. Сборная конструкция позволяет делать зубья протяжки из твердого сплава, что увеличивает производительность обработки в восемь–десять раз. 6.3.2. Внутренние протяжки Несмотря на обилие типов протяжек в конструктивном отношении, они имеют много общих элементов. Для ознакомления с конструкцией протяжек выберем наиболее распространенную круглую внутреннюю. Круглая внутренняя протяжка состоит из следующих частей (см. рис. 6.3). Хвостовая часть или хвостик служит для закрепления протяжки в патроне протяжного станка. Шейка является связующим звеном между хвостовиком и остальным частями протяжки. Переходный конус предназначен для облегчения ввода передней направляющей части протяжки в протягиваемое отверстие. Передняя направляющая служит для направления и центрирования протяжки относительно оси протягиваемого отверстий. Она обеспечивает плавный, без перекосов переход детали на режущую часть протяжки. Режущая часть снабжается большим количеством поперечных зубьев и производит всю работу по срезанию металла. Профили режущих кромок и поперечные размеры зубьев режущей части постепенно изменяются. Первый зуб соответствует очертанию и размерам предваритель52 но обработанного отверстия, а последующий форме и размерам готового отверстия. Все промежуточные режущие зубья последовательно увеличиваются по тем или иным параметрам, благодаря чему и осуществляется срезание стружки. Рис. 6.3 . Круглая внутренняя протяжка: 1 хвостовик, 2 – шейка, 3 переходный конус, 4 передняя направляющая, 5 режущая часть, 6 калибрующая часть, 7 задняя направляющая, 8 задняя замковая часть Калибрующая часть служит главным образом для заглаживания поверхности, обработанной режущими зубьями, и гарантирует получение требуемых размеров. Поэтому поперечные размеры и форма всех калибрующих зубьев соответствует форме и размерам готового отверстия. Другим назначением калибрующей части является пополнение режущих зубьев, постепенно выходящих из работы вследствие потери размеров при переточке протяжки. Задняя направляющая предназначается для направления и центрирования детали в момент окончания процесса протягивания и для предотвращения перекоса детали под действием ее веса. Задняя замковая часть протяжки служит для поддержания протяжки в процессе резания и для возвращения ее в исходное положение после обработки детали. Конструкция отдельных частей может изменяться в зависимости от типа протяжки и модели протяжного станка. Прошивки состоят из тех же частей, что и протяжки, только у них отсутствует хвостовая часть, шейка и задняя замковая части. Протяжки для наружных поверхностей обычно присоединяются винтами к длинным ползунам наружно-протяжных станков, поэтому у них хвостовик, шейка и направляющие части отсутствуют. 6.3.3. Схемы срезания слоев металла при протягивании Под схемой срезания слоев металла при протягивании понимают размеры слоев и порядок их удаления с обрабатываемой поверхности. 53 В настоящее время при протягивании применяются две основные схемы срезания слоев: 1) одинарная; 2) групповая. При одинарной схеме срезания слоев каждый режущий зуб протяжки срезает слои определенной толщины за счет превышения высоты последующего зуба по отношению к предыдущему, как показано на рис. 6.4. Рис. 6.4. Схема работы протяжек одинарного резания Протяжки одинарной схемы срезания слоев имеют ряд существенных недостатков: 1) вследствие большой ширины срезаемого слоя эти протяжки имеют малую подачу на зуб; 2) наличие стружкоразделительных канавок ведет к появлению стружки с ребром жесткости и повышенному износу зубьев протяжки; 3) протяжка имеет большое количество режущих зубьев, что обусловливает значительную длину режущей части. Более прогрессивными являются протяжки групповой схемы срезания слоев. При групповой схеме срезания слоев все режущие зубья протяжки разделяются на группы по два зуба и более, имеющие в пределах группы одинаковые диаметры или высоты и срезающие общий слой определенной толщины за счет уширения режущей кромки последующего зуба в группе по отношению к предыдущему. Существует несколько разновидностей групповой схемы срезания слоев: шахматная; многогранная; переменного резания и др. В качестве примера рассмотрим работу группы из двух зубьев, срезающих общий слой толщиной а (см. рис. 6.5). Режущая кромка первого зуба имеет вырезы и срезает затемненные участки металла. Второй зуб имеет диаметр, равный диаметру первого зуба, но режущая кромка не имеет вырезов и срезает слои, оставшиеся после прохода первого зуба. Следующая группа из двух зубьев также имеет общий подъем а и работает подобно первой группе и т. д. Таким образом, толщина срезаемого слоя при работе зубьев в группе будет больше соответственно числу зубьев в группе, чем при работе одного зуба. Но с увеличением толщины срезаемого слоя удельная сила резания уменьшается. 54 Рис. 6.5. Схема работы протяжек группового резания Поэтому при равных площадях слоя, срезаемого одним зубом протяжки обоих типов, протяжка группового резания будет работать с меньшей силой протягивания или, наоборот, при одинаковых силах каждый режущий зуб протяжки группового резания может срезать слой с большей площадью, чем зуб протяжки одинарного резания. Это есть одно из основных достоинств протяжек группового резания. При протягивании с большими подъемами поверхностей после литья и штампования режущие кромки протяжек группового резания срезают металл в глубине под коркой, благодаря чему они лучше сохраняются в процессе резания. В частности, они меньше подвергаются воздействию всякого рода посторонних поверхностных включений. Протяжки группового резания срезают слои прямоугольного сечения без ребер жесткости. Рациональная форма стружки позволяет ей свертываться в более плотный валик, вследствие чего для размещения стружки данного объема требуется относительно меньшее пространство. Поэтому при заданной длине протягиваемого отверстия шаг зубьев и длина режущей части протяжки могут быть относительно уменьшены. Длительная эксплуатация протяжек группового резания показала, что они в среднем получаются короче на 30 % и имеют стойкость в несколько раз большую, чем протяжка одинарного резания. 6.4. Оборудование, инструменты и приборы Для выполнения лабораторной работы требуются протяжки различных типов, масштабная линейка, микрометр, штангенциркуль, угломер. Измерение общей длины и длин отдельных частей протяжки производится с помощью масштабной линейки. В процессе измерения отдельно фиксируются размеры: 1) общая длина; 2) длина переходного конуса; 3) длина передней направляющей части; 4) длина режущей части; 55 5) длина калибрующей части; 6) длина задней направляющей части; 7) длина шейки и элементов длин хвостовика и задней замковой части протяжки. Диаметральные размеры протяжки определяются с помощью микрометра. При измерении определяют: 1) диаметр передней направляющей; 2) диаметры всех зубьев режущей части; 5) диаметры всех зубьев калибрующей части; 4) диаметр задней направляющей части; 5) диаметр шейки; 6) диаметры элементов хвостовика и задней замковой части. Размеры элементов стружечной канавки шаг, глубину, длину затылка – измеряют с помощью штангенциркуля. Измерение передних и задних углов на режущих и калибрующих зубьях осуществляется угломером. Угломер накладывают на режущие кромки соседних зубьев в нормальной плоскости. На рис. 6.6 и 6.7 показаны схемы измерения передних и задних углов протяжек помощью угломера Бабчиницера. Рис. 6.6. Измерение передних углов зубьев протяжек Рис. 6.7. Измерение задних углов зубьев протяжек 6.5. Методические указания по выполнению работы 6.5.1. Устанавливают назначение, тип, метод образования поверхности и схему резания для протяжек. 56 6.5.2. Определяются составные части протяжек. 6.5.3. Вычерчивается эскиз внутренней протяжки. 6.5.4. Измеряются линейные размеры внутренней протяжки и проставляются на эскизе. 6.5.5. По выбору, для трех–четырех режущих и калибрующих зубьев внутренней протяжки измеряют элементы стружечной канавки шаг, глубину, длину затылка – и проставляют на эскизе. 6.5.6. Измеряют диаметральные размеры элементов хвостовика, шейки, передней и задней направляющих и элементов задней замковой части и проставляют на эскизе. 6.5.7. Измеряются диаметры всех режущих и калибрующих зубьев, их величины заносятся в табл. 6.1. 6.5.8. Измеряются передние и задние углы на режущих и калибрующих зубьях и их величины заносятся в табл. 6.1. 6.5.9. Определяется подъем на зуб Sz на режущих зубьях и результаты заносятся в табл. 6.1. 6.5.10. Определяется наименьший диаметр отверстия в заготовке dmin заг = Dпн. 6.5.11. Определяется наибольший диаметр отверстия в обработанной детали dmax дет = Dк + 0,01, где Dк диаметр калибрующих зубьев. 6.5.12. Определяется наименьший диаметр отверстия в обработанной детали. 6.6. Содержание отчета Отчет должен содержать: 1) формулировку звучания, цели работы; 2) классификационную характеристику, метод образования поверхности и схему резания для каждой протяжки; 3) эскиз внутренней протяжки со всеми размерами; 4) полностью заполненную табл. 6.1; 5) размеры отверстия в заготовке и обработанной детали. Таблица 6.1 Результаты измерений Наименование параметра Величина в мм Материалы рабочей части Материалы хвостовика Твердость рабочей части хвостовика Общая длина Длина замковой части Длина конуса Длина шейки 57 Окончание табл. 6.1 Наименование параметра Величина в мм Длина передней направляющей Длина рабочей части Длина калибрующей части Длина задней направляющей Подъём на зуб аz Число зубьев режущих Число зубьев калибрующих Диаметр хвостовика D1 Диаметр шейки D2 Диаметр передней направляющей D3 Диаметр задней направляющей D4 Элементы зубьев Шаг режущих зубьев tp Шаг калибрующих зубьев tк Ширина режущих зубьев вр Ширина калибрующих зубьев вк Высота режущих зубьев Нр Высота калибрующих зубьев Нк Радиус закругления режущих зубьев Rp Радиус закруглений калибрующих зубьев Rк Геометрические параметры зубьев Передний угол режущих зубьев γр Передний угол калибрующих зубьев γк Задний угол режущих зубьев αр Задний угол калибрующих зубьев αк 6.7. Контрольные вопросы 6.7.1. Для обработки каких поверхностей применяются протяжки? 6.7.2. В чем отличие протяжек от прошивок? 6.7.3. Перечислите основные конструктивные элементы протяжек. 6.7.4. Поясните принцип распределения припуска у протяжек с одинарной с.емой резания. 6.7.5. Поясните принцип распределения припуска у протяжек с групповой схемой резания. 6.7.6. Порядок измерения углов резания у прямых протяжек. 6.7.7. Назначение основных поверхностей протяжки. 58 7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ОБМЕР И ЭСКИЗИРОВАНИЕ ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА 7.1. Обмер и эскизирование червячных зуборезных фрез 7.1.1. Цель работы Целью работы является ознакомление с основными конструктивными и геометрическими элементами червячных модульных фрез для нарезания зубьев цилиндрических зубчатых колёс, приобретение навыков по обмеру и эскизированию фрез. 7.1.2. Содержание работы: 1) используя данные методического материала, изучить конструктивные и геометрические элементы фрез; 2) по заданию преподавателя произвести обмер и эскизирование червячной фрезы. Меры безопасности при выполнении лабораторной работы: 1) подготовить рабочее место; 2) при обмере режущего инструмента соблюдать правила пользования мерительным инструментом; 3) при измерениях соблюдать меры предосторожности. 7.1.3. Краткие теоретические сведения Червячные фрезы предназначены для нарезания прямозубых и косозубых цилиндрических колёс. Фреза образуется из червяка путём образования на его винтовых поверхностях режущих кромок. Для этого на червяке делают продольные, обычно винтовые, канавки, а получившиеся зубья затылуют для обеспечения задних углов и режущих кромок. Червяк, положенный в основу червячной фрезы для зубчатых колёс, называется основным червяком, этот червяк и нарезаемое зубчатое колесо должны находиться в правильном зацеплении. По назначению фрезы бывают чистовые и черновые. У черновых зубья выполнены тоньше окончательной ширины впадины нарезаемых колёс на величину припуска под окончательную обработку. Для увеличения производительности применяют острозаточенные червячные фрезы. Конструктивно фрезы выполняются насадными и с хвостовиком. По краям фрезы делаются буртики шириной 4…5 мм с прошлифованными по торцу и диаметру поверхностями. По ним проверяется радиальное и торцевое биение фрезы при изготовлении, заточке и установке на станок. Маркировка фрез содержит необходимые данные для их выбора соответственно нарезаемым зубьям колеса и для установки в станок, а именно: индекс (номер чертежа), модуль, угол зацепления, коэффициент высоты головки зуба колеса, угол подъёма витков, шаг винтовых канавок (шаг спирали), материал фрезы, класс точности её изготовления. У фрез для чернового нарезания или фрез, отличающихся размерами зубьев от 59 стандартных, приводится ещё толщина зуба и высота зубьев фрезы. Рис. 7.1. Червячная зуборезная фреза Обозначение основных конструктивных элементов: m нормальный модуль; Рnо шаг профиля зуба в нормальном сечении; Рхо шаг профиля зуба в осевом сечении; no угол профиля в нормальном сечении; Sno толщина зуба в нормальном сечении; ho полная высота зуба; hao, hfo высота головки и ножа зуба; хmо угол наклона винтовой канавки; mо угол подъёма витков; Pz шаг винтовой канавки; по угол профиля рейки; центральный угол, соответствующий окружному шагу зубьев; угол канавки фрезы; Нк глубина канавки; в задний угол при вершине зуба фрезы; к величина затылования; передний угол; do диаметр отверстия под оправу; dl диаметр буртиков; 60 d2 диаметр расточки; 1 длина буртиков; 11 длина шлифованной части отверстия; dao наружный диаметр фрезы; в ширина шпоночной канавки; t1 глубина шпоночной канавки; L общая длина фрезы. Обмер фрезы производится в следующем порядке: 1. Согласно клеймению на торцевой поверхности фрезы определяется модуль т, угол зацепления апо, шаг продольной канавки Рхо. 2. При помощи линейки и штангенциркуля измеряются основные габаритные размеры: d ao , d o , d1 , d 2 , l , l1 , L, в, t1 . 3. Измерение высоты зуба ho, нормального шага Рпо, толщины зуба Sno и угла профиля рейки апо производится при помощи зубомера, согласно рис. 7.2. и 7.3. Рис. 7.2. Схема измерения высоты зуба Рис. 7.3. Схема измерения нормального шага и угла в нормальном сечении 4. При измерении высоты зуба ho для исключения влияния радиуса у основания зуба между боковой поверхностью зуба и ножкой зубомера 61 необходимо оставлять зазор 0,5 мм. 5. Измерение нормального шага Рпо производится на высоте hизм = 0,5ho. Величина шага Ро определяется как разность размеров: Pno C Sno . Полученная величина сравнивается с расчётной величиной, которая находится по формуле: Рпо т . 6. В некоторых случаях толщина зуба фрезы может отличаться от величины S no m / 2 , поэтому для определения Sno сначала находят коэффициент высоты зуба f (ho / 2) 0,2m и округляют его до стандартной величины 1,0 или 0,8: hao m( f 0,2). 7. Для определения угла профиля рейки можно воспользоваться приближённой зависимостью: tgno ( S 2 S1 ) / 2(h2 h1 ) , где h1 = 5мм, h ho (0,3...1,0), мм. 2 Передний угол определяется как угол между передней поверхностью и радиальным направлением, проходящим через вершину зуба. Для чистовых фрез 0 , для черновых фрез 0 . Задняя поверхность зуба червячной фрезы очерчена по архимедовой спирали, обеспечивающей постоянство профиля режущих кромок после переточки. Зуб червячной фрезы имеет три режущих кромки – одну периферийную и две боковые. Задний угол на периферии определяется величиной затылования: K (d ao / z ) tg в , где z число зубьев фрезы. Задаваясь углом поворота (с помощью делительной головки) червячной фрезы, определяют величину падения затылка в1, фиксируя с помощью индикатора, подведённого к затылку (рис. 7.4), тогда tg в (в1 360 ) /( d ao ) . Зная величину в, определяем величину затылования К. Для получения на обеих сторонах зубьев одинаковых передних углов канавки делаются винтовыми. 62 Рис. 7.4. Схема определения задних углов червячной фрезы Передняя поверхность канавок располагается нормально к виткам по среднему расчётному цилиндру, т. е. на расчётном цилиндре угол наклона канавок то, равен углу подъёма витков то, шаг винтовой канавки можно определить так: Pz d mo ctgmo , Sin mo Pno / mo m / mo , где d mo средний расчётный диаметр d mo d ao 2hao 2 k . 0,1...0 / 25, по ГОСТ 9324 80 0,15. Полученные результаты сравниваются со значениями, приведёнными в маркировке фрезы. 7.1.4. Устройство и принцип работы штангензубомера Штангензубомер предназначен для измерения толщины зуба по хорде. По штанге 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях перемещаются две рамки 3, 4 с нониусами. Рамка 4 соединена с высотной линейкой, другая рамка 3 имеет губку, перемещающуюся относительно неподвижной губки штанги 2 (рис. 7.5). Штангензубомеры выпускают трёх размеров для контроля колёс с пределами модуля 1…36 мм. Высотную линейку устанавливают на размер таким образом, чтобы контакт измерительных губок с зубом контролируемого колеса был по делительной окружности. Показания на штангензубомере при измерении толщины зуба по хорде считывают так же, как на штангенциркуле. 63 Рис. 7.5. Штангензубомер: 1 штанги, 2 губка штанги, 3 рамка с губкой, 4 рамка с линейкой, 5 нониус, 6 высота линейки, 7 зажим рамок, 8 микрометрические подачи рамок 7.1.5. Содержание отчета В отчет необходимо включить: 1) цель работы; 2) эскиз червячной фрезы; 3) результаты обмера червячной фрезы, сведенные в таблицу; 4) эскизы измерений. 7.1.6. Контрольные вопросы и задания 1. Назначение червячных фрез. 2. Основные конструктивные и геометрические параметры фрез. 3. По заданию преподавателя пояснить назначение и произвести замер одного из контролируемых параметров. 7.2. Обмер и эскизирование зуборезных долбяков 7.2.1. Цель работы Целью работы является изучение конструкции зуборезных долбяков, основных конструктивных и геометрических элементов, приобретение практических навыков обмера и эскизирования долбяков, расчёта конструктивных элементов. 7.2.2. Содержание работы 1. Ознакомиться с теоретической частью работы. 2. Ознакомиться с конструкциями долбяков. 3. Произвести необходимые расчёты элементов конструкции долбяка. 4. Произвести обмер конструктивных и геометрических параметров долбяка. 7.2.3. Инструменты, приборы, оборудование Долбяк дисковой прямозубый, штангенинструмент, микрометр, зубомер, универсальный угломер, шагомер. Меры безопасности при выполнении лабораторных работ: 1) подготовить рабочее место; 64 2) при обмере режущего инструмента соблюдать правила пользования мерительным инструментом; 3) при обмере соблюдать меры предосторожности. 7.2.4. Общие сведения Долбяки применяют для образования зубьев цилиндрических зубчатых колёс. Долбяк представляет собой режущий инструмент, выполненный в виде зубчатого колеса с высотной коррекцией зубьев, изменяющейся по длине зуба (высоте долбяка) для образования задних углов на боковых режущих кромках зубьев (см. рис. 7.6). Долбяки разделяются на долбяки для прямозубых колёс, для косозубых и шевронных колёс. По конструкции (см. рис. 7.7) долбяки делятся на дисковые, хвостовые, втулочные, чашечные, сборные. Долбяк имеет (см. рис. 7.6) внешнюю 1 и внутреннюю 2 опорные плоскости, скос или фаску 3, режущую часть с зубьями 4, отверстие для крепления долбяка 5 и переднюю поверхность 6. Сечение, перпендикулярное к оси долбяка, в котором коэффициент смещения исходного контура х0 = 0, называется исходным. Передняя поверхность предельно сточенного долбяка Развёртка сечения зуба по делительному цилиндру (с диаметром Dа) долбяка Рис. 7.6. Конструктивные элементы дискового долбяка: 1 внешняя опорная плоскость; 2 внутренняя опорная плоскость; 3 передняя плоскость; 4 скос; 5 режущая часть с зубьями; 6 отверстие для крепления долбяка Расстояние от исходного сечения до плоскости переднего торца долбяка а называется смещением исходного сечения. a x0 m tg k . От величины а зависят конструктивные размеры долбяка. Диаметр 65 делительной окружности долбяка do равен произведению модуля долбяка m на число его зубьев: zo do = mzo. Рис. 7.7. Виды долбяков: а дисковый; б хвостовой; в чашечный; г втулочный; d сборный Диаметр окружности выступов для исходного сечения dao = do + 2hao. Диаметр окружности впадин для исходного сечения dfo = do + 2hfo, где hfo и haf высота головок и ножек зубьев долбяка. Для стандартных условий в исходном сечении hao = 1,25 m. hfo = 1,25 m. Задние поверхности зубьев долбяков эвольвентные винтовые поверхности. Диаметр основного цилиндра (окружности): dBO = do cos 0, где o угол профиля задних винтовых поверхностей долбяка. tgo = tgзau / (1 - tgВ tg B). 7.2.5. Обозначение конструктивных и геометрических параметров долбяка Zo число зубьев долбяка; De наружный диаметр; dнaч диаметр начальной окружности; doc диаметр основной окружности; Двп диаметр впадин зубьев; 66 di диаметр выточки; d посадочный диаметр; Н высота долбяка; 1 длина посадочного места; зац угол зацепления; в задние угол по наружному конусу; п угол бокового зазора в плоскости, касательной к основному цилиндру; в передний угол на вершине зуба; m модуль; toс основной шаг; в хордальная толщина зуба в передней плоскости на начальном диаметре (толщина зуба по делительной окружности на передней грани); g высота при измерении « S »; а исходное расстояние (расстояние от передней плоскости до расчетного сечения); f коэффициент высоты зуба. Как известно из теории долбяка, последний представляет собой шестерню с переменной коррекцией вдоль оси зуба, причем закон изменения коррекции определяется линией АА (рис. 7.6), имеющей с осью долбяка угол в, в результате чего боковые поверхности зубьев долбяка являются винтовыми эвольвентными поверхностями с углом наклона винтовой линии на основном цилиндре п, равным углу наклона производящих прямых в плоскости, касательной к основному цилиндру. Углы зац, в, п связаны зависимостью: tg в = tg п / sin зац. Выбирая величину угла п, являющегося углом бокового зазора, определяют и задают на чертеже угол зац, отклонения которого вызывают при переточках долбяка изменения высоты ножки шестерни, размеры которой могут выйти из пределов допусков. Правильное выполнение толщины и высоты головки зуба долбяка определяет правильность состояния толщины и высоты ножки зуба шестерни, а поэтому размеры So и g должны подвергаться контролю (рис. 7.8). Следующим наиболее важным элементом является основной шаг: tok = mcosзац, проверка которого производится наиболее точным методом. 7.2.6. Обмер долбяка 1. При помощи штангенциркуля измеряются Н, d, причем размер уточняется в соответствии с нормальными размерами посадочного диаметра долбяка (31, 743 или 44, 445). Измерение Де производится при помощи микрометра. При нечетном числе зубьев долбяка Д е = Д1изм/соs(90°/z). 67 Рис. 7.8. Схема измерения угла п. 2. Измерение угла п в плоскости, касательной к основному цилиндру, производится путем измерения двух блочных размеров k1 и k2 в двух сечениях долбяка, отстающих друг от друга на расстоянии 1 = l1 - 12, с последующим расчетом по формуле: t g п = ( k 1 - k 2 ) / 2 ( l 1 - l 2 ) , где l1 = 1,0 + 2 мм и 12 = 10 + 12 мм (плитки Иогансона). Измерение производится при помощи зубомера, как показано на рис. 6.8. Число зубьев в блоке берется по формуле: Zбл = (zд зац/180) + 1. 3. Измерение заднего угла в по наружному конусу производится при помощи угломера как показано на рис. 7.9. Рис. 7.9. Измерение заднего угла по наружному конусу При таком измерении опорная плоскость используется как база, при68 чем отсчет на угломере дает непосредственно величину угла. 4. Определение переднего угла в производится по формуле: в = 90° - ( + в), где угол отсчета (рис. 7.10). Рис. 7.10. Схема измерения переднего угла 5. Измерение хордальной толщины зуба Sd в передней плоскости на модульном диаметре (на высоте q с учетом стрелки ) может производиться при помощи зубомера, как показано на рис. 7.11. Для учета стрелки подсчитывают величину последней в расчетном сечении. расч = 0,5 mzд(1 - cos(0,5pacч)), где pacч = 180° / z. Поскольку разница между стрелкой в расчетном сечении и в передней плоскости мала, то принимая расч, получим: g = Rнар - (0,5 mzд - ). При измерении зубомером величина g отсчитывается по вертикальной шкале. Рис. 7.11. Схема измерения хордальной толщины зуба Измеренные конструктивные и геометрические элементы долбяка, а также результаты расчетов сводятся в табл. 7.1. 69 Таблица 7.1 Основные конструктивные и геометрические параметры долбяка 1. Материал 2. Модуль в мм, m 3. Наружный диаметр (диаметр окружности выступов долбяка), Де 4. Диаметр окружности впадин, Дв 5. Делительный диаметр, Дд 6.Число зубьев долбяка, z 7. Высота головки, ha0 8. Высота ножки, hf0 9. Высота зуба, h0 10. Ширина долбяка, Н 11. Посадочный диаметр, d 12. Длина посадочного места, l 13. Диаметр, di 14. Задний угол на периферийной кромке, в 15. Задний угол на боковой кромке по расчету, п 16. Задний угол на боковой кромке по результатам измерений, п 17. Передний угол на периферийной кромке, в 18. Угол зацепления, зац 19. Шаг по делительной окружности, t 20. Толщина зуба по делительной окружности, Sd 6.2.7. Содержание отчета Отчет должен содержать: 1) формулировку цели работы; 2) эскиз зуборезного долбяка; 3) результаты обмера долбяка и расчетов, сведенных в таблицу; 4) эскизы измерений. 7.2.8. Контрольные вопросы 1. Перечислите типы долбяков, которые вы знаете. 2. Назначение прямозубых и косозубых долбяков. 3. Какой тип долбяков применяется при нарезании зубчатых колёс с внутренним зацеплением? 4. Что такое метод копирования и метод обкатки, по какому методу работают зуборезные долбяки? 5. Какие элементы долбяка измеряются с помощью штангенциркуля? 6. Какие геометрические элементы измеряются с помощью угломера? 7. Как определяется хордальная толщина зуба долбяка? 8. Как определяется угол П ? 9. Из каких инструментальных материалов изготавливаются зуборезные долбяки? 70 8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИЗУЧЕНИЕ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА 8.1. Цель работы 8.1.1. Закрепление и углубление знаний по конструкции и характеристикам абразивного инструмента. 8.1.2. Приобретение навыков в выборе оптимальной конструкции и геометрии инструмента. 8.2. Содержание работы 8.2.1. Исследование выданного абразивного инструмента. 8.2.2. Определение его типа и выполнение расшифровки характеристик. 8.2.3. Определение области применения. 8.3. Краткие теоретические сведения 8.3.1. Характеристика абразивных материалов Шлифование – процесс резания металлов с помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются абразивные зерна. Абразивные зерна, обладающие высокой твердостью, теплостойкостью и имеющие острые кромки, соединены связкой в шлифовальные круги, сегменты, головки, бруски и шкурки; применяют абразивные зерна и в виде паст и порошков. В качестве шлифовального материала применяют материалы на основе кристаллической окиси алюминия А 2О3 : нормальный электрокорунд (16A–12A), электрокорунд белый (25А–22А), монокopунд (45А– 43А), электрокорунд титанистый, электрокорунд хромотитанистый. Электрокорунд нормальный содержит 91–96 % кристаллической окиси алюминия А 2О3 ; выпускают его пяти марок (12A–16A). Электрокорунд белый изготавливают из чистого глинозема, в нем содержится 97–99 % А 2О3 . Он имеет более высокие, чем электрокорунд нормальный, режущие свойства; выпускается четырех марок (22А–25А). Электрокорунды применяют при обработке металлов и сплавов с высоким пределом прочности на разрыв (стали, ковкого чугуна, мягких бронз). Монокорунд содержит 97–98 % А 2О3 и до 0,9 % окиси железа, получают его непосредственно в виде зерен; выпускают трех марок (43А, 44А, 45А). Он имеет более высокие режущие свойства, чем электрокорунд, используется при шлифовании труднообрабатываемых легированных сталей и сплавов. Легированный электрокорунд (хромистый 32А, 33А, 34А, циркониевый 38А, титанистый 37А и хромотитанистый 92А, 91А). Карбид кремния (карборунд) является химическим соединением кремния и углерода (SiС). Карбид кремния имеет высокую твердость, 71 теплоустойчивость и режущие свойства. Последнее объясняется тем, что при дроблении карбида кремния образуются острые peжyщие кромки. Карбид кремния выпускают двух видов: черный (53С, 54С, 55С) и зеленый (63С, 64С); черный карбид кремния содержит 98 % SiС, зеленый – 98,5 % SiС. Карбид кремния хрупок, поэтому его применяют при обработке материалов с малым пределом прочности на разрыв (чугуна, бронзовых и алюминиевых отливок, твердых сплавов и др.), причем зеленый карбид кремния используют в основном при затачивании инструмента, оснащенного твердым сплавом. Черный карбид кремния, как менее крепкий и твердый, чем зеленый, применяется при обдирочном шлифовании стального проката и титановых сплавов. Шлифовальные материалы получают путем дробления кусков отплавленного блока и последующей сортировкой по размерам. Размер зерен (зернистость) регламентирован ГОСТ 21445-84. Классификация шлифовального материала и обозначение зернистости приведены в табл. 8.1. Таблица 8.1 Группа шлифовального материала Шлифовальные зерна Шлифовальные порошки Микронные шлифовальные порошки Обозначение зернистости 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16 12, 10, 8, 6, 4, 3 М63, М50, М40, М28, М20, М14, М10, М7, М3, М2, М1 Размеры шлифзерна и шлифпорошков выражаются в сотых долях миллиметра, микрошлифпорошков – в микрометрах. Зернистость инструмента влияет на производительность шлифования и шероховатость шлифованной поверхности. Чем больше размеры абразивных зерен, тем выше производительность, но больше шероховатость обработанной поверхности. В зависимости от процентного содержания зерен основной фракции номер зернистости абразивных кругов дополнительно обозначается буквенным индексом. В > 60 %, П = 55 - 45 %, Н = 45 - 40 %, D = 40 - 35 %. Для закрепления абразивных зерен в абразивном инструменте служит связка. От связок зависит прочность удержания зерна в инструменте. Связки делят на органические и неорганические. К органическим связкам относятся вулканитовая (В), бакелитовая (Б), глифталевая (ГФ). Вулканитовая связка (В, В1, В2, В3 и др.) состоит из каучука (резины) и серы (30 %). Абразивный инструмент, изготовленный на вулканитовой связка, обладает высокой прочностью, эластичностью и не боится влаги. Недостатком этой связки является быстрое засаливание абразивного инструмента, снижающее его производительность. Бакелитовая связка (Б, Б1, Б2, Б3 и др.) состоит из бакелита – искусственной фенолформальдегидной смолы, приготовленной из карболовой кислоты и формалина. Инструменты на этой связке прочны, эластичны, 72 допускают большие окружные скорости вращения, но разрушаются от действия щелочной охлаждающей жидкости. К недостаткам бакелитовой связки относится и то, что она теряет прочность при нагреве выше I80 ºC. Глифталевую связку ГФ (синтетическая смола из глицерина и фталевого ангидрида) применяют для изготовления абразивного инструмента, который необходим для доводочных и копировальных работ. К неорганическим связкам относятся керамическая (К), магнезиальная (М), силикатная (С). Керамическая связка (К0, К1, К3, К5 и др.) получила наибольшее распространение. Её приготовляют из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, талька, мела и жидкого стекла. Связка эта огнеупорная и химически стойкая, а абразивные инструменты, изготовленные на ней обладают большой производительностью, хорошо сохраняют профиль рабочей кромки, не боятся влаги. Недостатком связки является хрупкость, что делает абразивные инструменты чувствительными к ударной нагрузке. Магнезиальная М (магнезит и хлористый магний) к силикатная (смесь глины, кремневой пыли и жидкого стекла) связки делают инструмент мягким, малопрочным и малопроизводительным, а потому применяют их редко. Твердость инструмента характеризуется степенью сопротивления связки вырыванию абразивных зерен под действием внешних сил. Различают семь степеней твердости кругов: мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3), твердые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ1, ВТ2) и черезвычайно твердые (ЧТ1, ЧТ2). С повышением степени твердости и уменьшением зернистости механическая прочность кругов возрастает. Замечено, что у мелкозернистых кругов размерная неоднородность зернового состава сильнее влияет на неоднородность по твердости, чем у крупнозернистых. Увеличение содержания мелкой фракции в зернистости может вызвать понижение степени твердости круга на одну – две градации. С увеличением твердости на одну степень объем связки в круге и соответственно объем пор увеличивается на 1,5 %. Желательно, чтобы круг работал в режиме полного самозатачивания, то есть в таком режиме, когда по мере затупления абразивные зерна под действием возросших сил резания самопроизвольно выкрашиваются. Если этого не происходит, наступает состояние засаливания инструмента, то есть сильного затупления абразивных зерен и переполнения пор круга стружкой, в результате чего резко возрастают силы резания, понижающие точность обработки, температуры шлифования, приводящие к прижогам поверхности и шлифовочным трещинам. Если круг излишне мягок, то зерна его выражаются еще до наступления затупления, круг при этом быстро изнашивается, теряет форму и 73 требует частых правок; производительность шлифования уменьшается. Поэтому, исходя из конкретных условий работы (размерной стойкости, производительности, допустимого уровня температур шлифования), выбирают круги той или другой степени твердости, придерживаясь основного правила: чем тверже обрабатываемый металл, тем мягче должен быть шлифовальный круг. Обдирочное шлифование производится кругами СТ1–СТ3, получистовое и чистовое – кругами М2–С2, а шлифование быстрорежущей стали и твердых сплавов – кругами М3–СМ2. Абразивные инструменты по структурному соотношению объемов зерна VЗ, связки VСВ и пор подразделяются на 13 номеров, причем меньшим номерам соответствуют более плотные структуры (расстояние между зернами меньше), а большим номерам – более открытые структуры (расстояние между зернами больше). Для получения различной структуры необходимо обеспечить определенное количественное соотношение абразивных зерен VЗ связки VСВ и пор VП в единице объема инструмента: VЗ + VСВ + VП = 100 %. С повышением пористости кругов их режущая способность возрастает. Пористость круга благоприятно действует на его самозатачиваемость и вентилируемость, способствует образованию воздушных вихревых потоков, охлаждающих изделие и предохраняющих его от ожогов. Пористая структура круга обладает меньшей массой, что очень важно при скоростном шлифовании, сопровождающемся большими центробежными силами. Кроме того, большая пористость круга способствует тому, что в круге хорошо помещается стружка, благодаря чему уменьшается стойкость к засаливанию. Структуры № 0–4 называют плотными или закрытыми, № 5–8 – средними, а № 9–12 – открытыми (рис. 8.1). Рис. 8.1. Структуры шлифовальных кругов: а – плотная; б – средняя; в – открытая; 1 – зерна абразива; 2 – связка; 3 – поры 74 Чем плотнее структура инструмента, тем лучше он сохраняет профиль, но интенсивнее забивается стружкой. Поэтому, чем вязче и мягче обрабатываемый металл, тем большим должен быть номер структуры инструмента. Для скоростного шлифования используют высокопористые круги № 9–12 с уменьшенным содержанием связки. Для шлифования периферией круга и заточки быстрорежущих инструментов выбирают круги пятой и шестой структур, для плоского шлифования торцем круга, отрезки и шлифования твердых сплавов – структуры 7, 8 и 9, а для фасонного шлифования – 3 и 4. 8.4. Форма и назначение абразивных инструментов Абразивные инструменты представляют собой твердые тела определенной формы, состоящие из зерен абразивных материалов, скрепленных между собой связкой. Они используются для черновой, чистовой и отделочной обработки с точностью до пятого квалитета и шероховатостью обработанных поверхностей с Ra до 0,02 мкм. Инструменты абразивные изготавливаются в виде кругов, головок сегментов, брусков и шкурок различной формы. Шлифовальные круги регламентированы ГОСТ 2424-83. Шлифовальные круги изготавливаются следующих типов. ПП – прямого профиля, 2П – с двусторонними коническими профилями, ЗП – с коническим профилем, ПВ – с выточкой, ПВК – с конической выточкой, ПВД – с двусторонней выточкой, К – кольцевые, ЧЦ – чашечные цилиндрические, ЧК – чашечные конические, Т и TI – тарельчатые, ПН – с запрессованными крепежными элементами, ПВДС – с двусторонней выточкой и ступицей, ПВДК – с двусторонней конической выточкой (рис. 8.2). Круги изготавливаются следующих классов точности: АА, А и Б. Зерновой состав шлифовальных материалов регламентирован ГОСТ 3147-80 с индексами: В и П – для кругов класса АА; В, П и Н – для кругов класса А; В, П, Н и Д – для кругов класса Б. Классы неуравновешенности шлифовальных кругов регламентируются ГОСТ 3060-75 и должны быть: 1 – для кругов класса точности АА; 1 и 2 – для кругов класса точности А и аттестованных на государственный знак качества; 1, 2 и 3 – для кругов класса точности Б. Пример условного обозначения круга типа ПП наружным диаметром D = 500 мм, высотой Н = 50 мм, диаметром посадочного отверстия d = 305 мм, из белого электрокорунда марки 24А, зернистости 10П степени твердо75 сти С 2, номером структуры 7, на керамической связке К5, с рабочей скоростью 35 м/с, класса точности А, 1-го класса неуравновешенности: ПП 500×50×305 24A 10-П С27К5 35м/с А I кл ГОСТ 2424-83. Бруски шлифовальные регламентированы ГОСТ 2456-82. Они изготавливаются следующих типов: БКв – квадратные, БП – прямоугольные, БТ – треугольные, БКр – круглые, БПкр – полукруглые (рис. 8.3). Пример обозначения типа БП, В = 20, Н = 16, L = 150, из зеленого карбида 63С, зернистость 6-Н степени твердости С2, звуковой индекс 33, связка Б, структура 7, класс точности А: БП 20×16×150 63С 6-Н С2-33 7Б А ГОСТ 2456-82. Рис. 8.2. Конструкции шлифовальных кругов 76 Рис. 8.3. Конструкции абразивных брусков Бруски изготавливаются из шлифовальных материалов с зернистостями, указанными в табл. 8.2. Таблица 8.2 Шлифованный материал Марка шлифованного материала Зернистость Белый электрокорунд 25А, 23А, 24А 25-5, 25-М7 Зеленый карбид кремния 64С, 63С 16-М Зерновой состав шлифовальных материалов по ГОСТ 3647-80. Бруски изготавливаются классов точности А и Б. Твердость брусков контролируется по ГОСТ 18118-79, ГОСТ 19202-80. Шлифовальные головки регламентированы ГОСТ 2447-82. Головки шлифовальные. Головки изготавливаются следующих типов: АW(ГЦ) – цилиндрические, DW(ГУ) – угловые, EW(ГК) – конические, F-1W(ГСВ) – сводчатые, KW(ГКЗ) – конические с закругленной вершиной, F-2W(ГШ) – шаровые, FW(ГШЦ) – шаровые с цилиндрической боковой поверхностью (см. рис. 8.4). 77 Пример условного обозначения головки типа АW диаметром D = 8, Н = 10, из белого электрокорунда 24А, зернистость 25-Н, степень твердости номером CTI, структуры 6, связка К, класс точности А, с рабочей скоростью 35 м/с: AW 8×10 24А 25-Н СТI 6К А 35м/с ГОСТ 2447-82. Головки изготавливаются из шлифовальных материалов, указанных в табл. 8.3. Таблица 8.3 Вид шлифовального материала Электрокорунд белый Карбид кремния зеленый Марка шлифовального материала 25А, 24А 64С, 63С Зернистость 40, 25, 16, 12, 10, 8, 6 40, 25, 16 Головки изготавливаются трех классов точности АА, А и Б. В зависимости от классов точности головок должны применяться шлифовальные материалы со следующими индексами: В и П – для класса точности АА; В, П и Н – для класса точности А; В, П, Н и Д – для класса точности Б. Для абразивной обработки различных материалов используются шлифовальные шкурки. Рис. 8.4. Шлифовальные головки Тканевая шлифовальная шкурка (ГОСТ 5009-82) предназначена для абразивной обработки различных материалов без охлаждения или с при78 менением смазочно-охлаждающих жидкостей на основе масла, керосина, уайт-спирита. Шлифовальные шкурки изготавливаются: – для машинной обработки неметаллических материалов, металлов и сплавов низкой твердости и ручной обработки различных материалов; – для машинкой и ручной обработки твердых и прочновязких материалов. Пример условного обозначения тканевой шлифовальной шкурки типа 2, шириной 830 мм, длиной 50 м, на сарже средней № 2 суровой, из белого электрокорунда, марки 24А, зернистости 40-Н, на мездровом клее, класса А: 2 820×50 С2 24А 40-Н МA ГОСТ 5009-82. Для изготовления шлифовальных шкурок в качестве основы применяются хлопчатобумажные ткани по ГОСТ 3357-72 в соответствии с табл. 8.4. Таблица 8.4 Наименование ткани Саржа особо легкая гладкокрашеная (арт. 7142) Саржа легкая № 1 суровая (арт. 7146) Саржа легкая № 2 гладкокрашеная (арт. 7141) Саржа средняя № 1 суровая (арт. 7147) Саржа средняя № 1 гладкокрашеная (арт. 7160) Саржа средняя № 2 гладкокрашеная Саржа утяжеленная суровая (арт. 7148) Условные обозначения ЛОГ Наименование ткани Саржа утяжеленная № 1 гладкокрашеная (арт. 7161) Саржа утяжеленная № 2 гладкокрашеная Саржа особо легкая суровая Л1 Л2Г С1 С1Г С2Г Условные обозначения У1Г У2Г Л0 Саржа легкая № 2 суровая Саржа средняя № 2 суровая Л2 Саржа утяжеленная № 2 суровая (арт. 148) У2 С2 У1 Зерновой состав шлифматериалов по ГОСТ 3647-80. В зависимости от внешнего вида рабочей поверхности шлифовальная шкурка должна изготавливаться классов А, Б и В. Суммарная площадь дефектов (морщин, складок, участков без абразивных зерен, залитых связкой) не должна превышать для классов А – 0,5 %, класса Б – 2,0 %, класса В – 3,0 % площади рулона. Шкурка шлифовальная бумажная (ГОСТ 6456-82) предназначена для абразивной обработки различных материалов без охлаждения или с применением смазочно-охлаждающих жидкостей на основе масла, керосина, уайт-спирита. 79 Шлифовальная шкурка изготавливается типов: 1 – для машинной и ручной обработки неметаллических материалов (дерево, кожа, резина, пластмассы и т. п.); 2 – для машинной и ручной обработки металлов, сплавов. Шлифовальная шкурка должна изготавливаться со следующими видами рабочего слоя: С – сплошной, Р – рельефный. Исполнения и размеры рельефного рабочего слоя показаны на рис. 8.5 Рис. 8.5. Типы шлифовальных шкурок Пример условного обозначения бумажной шлифовальной шкурки типа 1 со сплошным рабочим слоем С, шириной 1000 мм, длиной 50 м, на бумаге марки 0-200 из нормального электрокорунда марки 15A, зернистости 25-Н, на мездровом клее, класса А: 1 С 1000×50 П2 15A 25-Н МА ГОСТ 6456-82. В качестве основы применяется бумага по ГОСТ I8277-72, указанная в табл. 8.5. Таблица 8.5 Марка бумаги 0-140 0-200 0-210 0-235 0-240 Условные обозначения Марка бумаги П1 П2 П3 П4 П5 БШ-140 БШ-200 БШ-240 БВ-225 ОВ-200 Условные обозначения П6 П7 П8 П9 П11 Для рельефной шкурки суммарная площадь дефектов не должна превышать для класса А – 5 %, класса Б – 8 %, класса В – 10 % площади рулона. Шлифовальный материал должен быть связан с основой мездровым клеем (М) по ГОСТ 3252-80 или другими связками по отраслевой нормативно-технической документации. 80 Шкурка шлифовальная бумажная водостойкая – ГОСТ 10054-82. Применяется для абразивной обработки различных материалов с применением и без применения смазочно-охлаждающей жидкости. Пример условного обозначения водостойкой шлифовальной шкурки в рулоне шириной 750 мм, длиной 50 м на влагопрочной бумаге, из зеленого карбида кремния марки 64C, зернистости 16-П, класса А: 750×50 М 64С 16-П А ГОСТ 10054-82. Пример условного обозначения шлифовального листа шириной 230 мм, длиной 280 мм на влагопрочной бумаге с полимерным латексным покрытием, из черного карбида кремния марки 5X, зернистости 16-П, класса Б: Л 230×280 Л1 53С 16-П Б ГОСТ 10054-82. В качестве основы шкурки применяется влагопрочная бумага по ГОСТ 10127-75. Шлифматериал должен быть связан с основой лаками марок ЯН-153 и ПФ 587. Шлифовальная шкурка выпускается класса А и Б (табл. 8.6). Таблица 8.6 Наименование бумаги Влагопрочная Влагопрочная с полимерным латексным покрытием Условные обозначения М Л1, Л2 Суммарная поверхность дефектов шкурок класса А не более 0,5 % от площади рулона, класса Б на влагопрочной бумаге – 3 %, на влагопрочной бумаге с полимерным латексным покрытием – 2%. На рабочей поверхности листов класса А дефектов не допускается. На рабочей поверхности листов класса Б, изготовленных из шлифовальной шкурки на влагопрочной бумаге, площадь дефектов – 2 %, из шлифовальной шкурки на влагопрочной бумаге с латексным покрытием –1 % площади листа. 8.5. Оборудование, инструменты и приборы Для выполнения работы используются различные абразивные инструменты (круги, бруски, головки, шкурки). Для определения геометрических параметров инструментов используются: угломер, штангенциркуль, линейка металлическая. 8.6. Содержание отчета В отчете по работе должны быть приведены: формулировка задания, чертежи изучаемого абразивного инструмента, его характеристики, а также область применения. 8.7. Контрольные вопросы 8.7.1. Форма и обозначение абразивных инструментов. 81 8.7.2. Связка абразивных инструментов. 8.7.3. Структура абразивного инструмента. 8.7.4. Виды абразивных материалов. 8.7.5. Твердость абразивного инструмента. 8.7.6. Зернистость абразивного материала. 8.7.7. Классы точности абразивных инструментов. 8.7.8. Класс неуравновешенности шлифовальных кругов. 82 9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 РЕЛЬЕФ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА И МЕХАНИЗМ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ 9.1. Цель работы Изучение механизма формирования рельефа рабочей поверхности абразивного инструмента при шлифовании в результате различных видов изнашивания. Это позволит получить представление о закономерностях изменения распределения вершин зерен по глубине рабочего слоя абразивного инструмента за период шлифования. 9.2. Теоретические сведения По характеру изменения распределения зерен в круге разобьем его рабочий слой в радиальном направлении от условной наружной поверхности на три зоны (рис. 9.1). Зона 1 (или зона контакта) ограничена линией выступов шероховатости обрабатываемой поверхности. В этой зоне изменение количества зерен происходит в результате их истирания, скалывания, вырывания при контакте с обрабатываемым материалом. Выше зоны 1 расположена зона 2. В этой зоне происходит увеличение числа новых вершин в результате скалывания зерен в зоне 1. Граница зоны 2 определяется наиболее удаленным от периферии новым положением вершины зерна при скалывании. В зоне 3 вершины зерен распределены согласно начальным условиям (распределение до начала шлифования). Далее разобьем круг в радиальном направлении на слои V . Толщину слоя примем равной величине износа круга за один оборот Rk . В зонах 1 и 2 получим соответственно N и М слоев (рис. 9.1). В зоне 3 выделим К таких слоев. Распределение зерен по глубине рабочего слоя абразивного инструмента можно представить в виде вектора: (9.1) nK ni K , где K – номер оборота круга; i – номер слоя. Будем считать, что за один контакт с обрабатываемым металлом первый слой изнашивается полностью в результате вырывания зерен из связки, скалывания и истирания их вершин. Вершины зерен, расположенные в других слоях зоны 1, при контакте с обрабатываемым металлом могут перейти в вышележащие слои или остаться в рассматриваемом слое. В результате контакта с обрабатываемым металлом вырванные из связки зерна, покидают рабочую поверхность круга. Вершины всех истираемых зерен в слое V1 полностью перейдут в слой V2 . В остальных слоях зоны 1 в результате изнашивания истиранием вершины могут остаться в рассматриваемом слое или перейти в вышележащий слой. Ис83 Зона 3 ключением является последний слой зоны 1 VN , в котором все истираемые вершины остаются в данном слое. Все зерна, расположенные в рассматриваемом слое и проходящие через зону контакта, разделим на контактирующие и не контактирующие с обрабатываемым материалом, что учитывается вероятностью контакта PК. Количество расположенных в некотором i-м слое вершин, подверженных при контакте с материалом тем или иным видам изнашивания, определяется вероятностями вырывания зерен из связки Ai, скалывания Bi и истирания Ci. Для зерен, контактирующих с металлом, вероятности изнашивания составляют полную группу: (9.2) Ai Bi Ci 1 . VК Зона 2 M Зона 1 t N i+1 i i-1 VД Рис. 9.1. Схема деления рабочего слоя круга Все вероятности видов изнашивания контактирующих в зоне 1 с обрабатываемым материалом зерен представим в виде вектора: (9.3) B Bi ; C C i . A Ai ; Полная вероятность изнашивания всех контактирующих зерен равна поэлементному произведению двух векторов: (9.4) Pk A Pki Ai ; Pk B Pki Bi ; Pk C Pki Ci . Тогда число скалываемых, истираемых и вырываемых зерен, расположенных в i-м слое, равно поэлементному произведению трех векторов: (9.5) nK Pk A ni K Pki Ai . nK Pk B ni K Pki Bi . nK Pk C ni K Pki Ci . (9.6) (9.7) Допустим, что в результате скалывания зерна образуется только одна новая вершина. Если скалывание произошло в слое V1 , новая вершина может появиться в любом вышележащем слое зоны 1 или 2. При 84 скалывании в любом другом слое зоны 1 вершина может, кроме того, остаться и в рассматриваемом слое. Вероятность появления вершины в любом слое от i-го, где произошло скалывание, до N + M (последнего слоя зоны 2) определяется законом распределения износа зерен при скалывании. На К-ом обороте за одно касание круг изнашивается на величину RK . На эту же величину в результате износа круга уменьшается расстояние от вершин зерен рассматриваемого слоя до наружной поверхности круга. Если начало координат привязать к наружной поверхности круга, то можно считать, что после каждого оборота круга координаты вершин всех зерен уменьшаются на величину RK . Учитывая вышеизложенное, схема изменения количества вершин зерен в некотором слое круга выглядит следующим образом. На К-ом обороте круга в i-ом слое во взаимодействие с обрабатываемым металлом вступают вершины зерен, сформированные на (К – 1)-ом обороте круга в (i + 1)-ом слое. При прохождении зоны контакта количество вершин в i-ом слое будет изменяться под влиянием следующих факторов: – часть зерен n1i покинет слой в результате вырывания зерен из связки круга; – некоторое количество n2i покинет рассматриваемый слой в результате скалывания; – в результате изнашивания истиранием часть вершин зерен n3i переместится в вышележащий слой; – в результате скалывания в нижележащих слоях вершины зерен n4i попадут в рассматриваемый слой; – в результате истирания в слое Vi-1 часть вершин n5i переместится в рассматриваемый слой. Общее количество вершин в i-ом слое после К оборотов круга равно: ni K ni1 K 1 n1i K n2i K n3i K n4i K n5i K n4i K 0 при i 1; n5i K 0 n3i K 0 при i N ; (9.8) 1 i N. При K = l, что соответствует первому обороту круга, первое слагаемое в формулах (9.8) определяется начальным законом распределения вершин. Остальные слагаемые равны нулю. В зоне 3 изменение числа вершин в слоях происходит только в результате перемещения их на вели85 чину RK после каждого оборота круга и определяется начальным законом распределения вершин: ni K n0 u Bi K f u du, 0 N M i N M K, (9.9) uH i K где n 0 – число зерен, выступающих над связкой на единице рабочей поверхности круга; f 0 u – плотность распределения вершин по глубине, отвечающая начальным условиям; uB , uH – координаты верхней и iK iK нижней границ i K -ro слоя начального распределения. Составляющие выражения (9.8) n1i , определяются согласно выражениям (9.5). Для определения величин n2i , n3i , n4i , n5i введем понятие состояния вершин зерен. Будем говорить, что вершины находятся в состоянии i, если они расположены в слое V1 , где i – номер слоя, в котором вершины находятся до взаимодействия; i изменяется от 1 до N. Взаимодействие зерен с обрабатываемым материалом будем рассматривать как испытание, в результате которого состояние вершин изменяется, они переходят в некоторое новое состояние j. Под j-ым состоянием понимаем номер нового слоя, в который вершины попадают в результате взаимодействия с обрабатываемым материалом. В каждый момент времени вершина может находиться только в одном из этих состояний. В теории вероятностей последовательность испытаний, в каждом из которых система принимает только одно из множества состояний полной группы, называется цепью Маркова. Исходя из сделанного анализа и согласно определению, процесс разрушения единичных зерен на рабочей поверхности шлифовального круга можно рассматривать как марковский процесс с дискретным временем и дискретным состоянием, а процесс шлифования – как суперпозицию таких марковских процессов. Вероятность события, при котором вершина зерна изменяет состояние i на состояние j обозначим через переходную вероятность pij K . Первый индекс указывает номер предшествующего, а второй – номер последующего состояния, то есть соответственно номер слоя, в котором находилась вершина зерна до взаимодействия с обрабатываемым материалом, и номер слоя, в котором она оказалась в результате взаимодействия. Например, p23 K – вероятность перехода из второго состояния в третье, или переход вершин зерен из слоя 2 в слой 3 также после К-го оборота круга; p23 K означает вероятность перехода вершин зерен в результате изнашивания из второго слоя во второй, или вероятность того, 86 что после К-го оборота круга вершина останется во втором слое. Число состояний является величиной конечной и в нашем случае равно N + M. Введем обозначения переходных вероятностей для соответствующего вида изнашивания. Пусть bij – переходная вероятность вершины зерна в результате скалывания; aij – переходная вероятность вершины зерна в результате вырывания; c ij – переходная вероятность вершины зерна в результате истирания. Совокупность всех переходных вероятностей при данном виде изнашивания описывается прямоугольной матрицей: p11 K X K p1NM K p12 K p21 K p2N M K p22 K ............. pN M1 K pNM2 K . (9.10) p N M N M K Число строк равно числу состояний зерен до изнашивания (числу слоев в зоне 1). Число столбцов – числу всех возможных состояний после изнашивания. Матрицы переходных вероятностей в результате скалывания и истирания представлены на рис. 9.2. Матрица переходных вероятностей в результате вырывания представляет собой нулевую матрицу. Число зерен, покинувших рассматриваемый i-й слой в результате скалывания: nзi N M n K P B b . j i 1 i i i ij (9.11) Число зерен, пришедших в рассматриваемый i-й слой в результате скалывания: n4i ni K Pi Bi bij . i (9.12) j 0 Число зерен, покинувших рассматриваемый i-й слой в результате истирания: (9.13) n3i ni K Pi Сi сij j i 1. Число зерен, пришедших в рассматриваемый i-й слой в результате скалывания: (9.14) n5i ni K Pi Сi сij j i 1 . 87 P1 j1 j2 j3 ... jN ... j N+M i1 0 b1,2 b1,3 b1,... b 1,N b1,N+1 b1,N+2 b1,N+3 b1,... b1,N+M i2 0 b2,2 b2,3 b2,... b b2,N+1 b2,N+2 b2,N+3 b2,... b2,N+M i3 0 0 b3,3 b2,... b 3,N b3,N+1 b3,N+2 b3,N+3 b3,... b3,N+M ... 0 0 0 b... b...,N b b...,N+2 b...,N+3 b...,... ...,N+1 b...,N+M iN 0 0 0 0 b bN,N+1 bN,N+2 bN,N+3 bN,... bN,N+M j1 j2 j3 j4 j N-1 jN i1 0 1 0 0 0 0 i2 0 с 2,2 с 2,3 0 0 0 i3 0 0 с 3,3 с 3,4 0 0 i4 0 0 0 с 4,4 0 0 i N-1 0 0 0 0 iN 0 0 0 0 2,N N,N j N+1 j N+2 j N+3 P2 а) с N-1,N-1 с N-1,N 0 1 P1 б) Рис. 9.2. Матрицы переходных вероятностей при скалывании (а) и при истирании (б) вершин зерен. Износ инструмента за один контакт с обрабатываемым металлом значительно меньше фактической глубины шлифования. Поэтому допускаем, что в пределах рассматриваемого слоя режущие кромки распределены равномерно. Тогда для расчета переходных вероятностей при перемещении зерен из слоя i в слой j в результате истирания можно использовать следующие формулы: hi cij 1 при j 1 ; RK hi (9.15) cij при j i 1 , RK 88 где hi – средняя величина размерного износа зерен i-го слоя. Определяется с учетом вероятности контакта. K c nз Vk Vu 2 з PM 1 exp 3 Vu H u 2 n 5 2 2 5 Dэ t ф y з ir (9.16) i 1 3 5 3 2z z 8 2 t ф y з z 2 4 Ly 3Ly 5 Ly 15 8 Согласно [5], плотность распределения вершин зерен при скалывании их в процессе правки абразивного инструмента близка к нормальному закону. По аналогии с процессом правки будем считать, что центр группирования вершин зерен, образованных после скалывания, совпадает с уровнем скалывания, в качестве которого примем линию выступов шероховатости обрабатываемой поверхности. Тогда математическое ожидание положения вершин зерен, сколовшихся в любом из слоев Vi зоны 1, будет соответствовать координате u ср по величине, равной фактической глубине шлифования tф. Если обозначить за u Hi координату нижней границы слоя Vi , то одна половина поля рассеивания вершин, сколовшихся в слое Vi , будет находиться в диапазоне от u Hi до u ср . Учитывая, что плотность распределения положения сколовшихся вершин близка к нормальному закону, и в соответствии с правилом трех сигм допускаем, что среднее квадратичное отклонение ci равно третьей части этого поля. Для установившегося процесса шлифования вероятности перехода вершин из слоя i в слой j не зависят от времени работы или числа контактов. Тогда: bij uBj f ci du, 1 i N , i j 2 N i 1 , (9.17) uHj где u Hj ,u Bj – соответственно координаты нижней и верхней границ слоя j, в который переходят вершины, сколовшиеся в слое i; f ci – функция плотности распределения вершин, сколовшихся в слое i, определяемая по формуле: f ci 1 ci u t 2 exp i ф2 . 2 2 ci (9.18) Выразим величины, входящие в формулы (9.17) и (9.18), через RK : uHj j 1RK ; uBj jRK ; 89 t ф NRK ; ci RK N i 1 . 3 (9.19) Выполним нормирование функции плотности распределения (9.18) для значений u, равных пределам интегрирования в формуле (9.17): 3 j N . (9.20) Z Bj N i 1 3 j N 1 . (9.21) Z Hj N i 1 Тогда формула (9.17) переходных вероятностей для нормированных значений параметров нормального распределения будет выглядеть следующим образом: (9.22) bij Ф0 Z Bj Ф0 Z Hj , где Ф0 Z Bj и Ф0 Z Hj – функции Лапласа соответственно для верхней и нижней границ слоя. Изложенная модель позволяет проследить изменение состояния рабочей поверхности абразивного инструмента в любой момент времени (с первых секунд работы круга и до окончания периода стойкости) путем отслеживания работы и изменения своего состояния в результате процессов изнашивания каждого абразивного зерна, проходящего через зону контакта круга и обрабатываемой поверхности за период шлифования. Пример: Рассмотрим плоское шлифование закаленной стали 45(HRC 52) кругом 1 300×20×127 24А F60 N B. Условия шлифования следующие: Hu = tфп Vu = 20 м/мин; Vk = 35 м/c; Dk = 300 мм; Kc = 0,9; n3 = 4,28 зерен / мм2 ; p3 = 0,021 мм; tфп = 0,0083 мм; tфо = 0,0051 мм; rП = 0,0033 мм; rО = 0,00167 мм; ∆r = rП + rО = 0,00497 мм; длина детали l = 0,1 м; износ круга за один оборот 9,4E - 7 мм/об; 90 относительный износ h0 = 3,9E - 7 мм/об. Исходное распределение зерен определяется способом и условием правки. Для расчетов в качестве закона этого распределения примем показательное распределение, которое является достаточно удобным и простым для аппроксимации реального распределения зерен на глубине, не превышающей несколько десятков микрон: (9.23) f u Cf u 1 , где Сf – коэффициент, определяемый при том условии, что площадь, ограниченная кривой распределения, равна единице. Cf , (9.24) H u Hu – величина рабочего слоя круга, в пределах которого подсчитывается число абразивных зерен n3. Показатель степени принимается равным 1,5. На рис. 9.3 представлен график изменения распределения зерен по глубине рабочего слоя абразивного круга в зависимости от времени шлифования. 4 n з, 1/мм2 2 0 0 3 6 , мин 1 6 11 17 u , мкм Рис. 9.3. Изменение плотности распределения вершин зерен по глубине рабочего слоя абразивного круга при шлифовании В начале шлифования число вершин зерен nз на единице рабочей поверхности изменяется не одинаково по глубине рабочего слоя u (рис. 9.3): при u ≤ 4–5 мкм число зерен уменьшается; на границе зоны 1 nз остается приблизительно постоянным (рис. 9.4); при большей глубине рабочего слоя u число зерен возрастает с начала обработки (рис. 9.3). После ≈1 мин. работы круга число зерен начинает возрастать по всей глубине рабочего слоя (рис. 9.3, 9.4). После 4 мин. работы круга скорость увеличе91 ния числа зерен на границе зоны 1 сильно снижается и далее nз остается постоянным (рис. 9.4). 4 3 n з, 1/мм2 2 1 0 2 мин 4 6 Рис. 9.4. Изменение числа вершин зерен на границе зоны 1 при шлифовании 9.3. Методические указания по выполнению работы Лабораторная работа выполняется в компьютерном классе с помощью разработанной на кафедре «Технология и оборудование машиностроительных производств» ВПИ (филиал) ВолгГТУ программы для ЭВМ «Расчет шероховатости обработанной поверхности при шлифовании». Для выполнения лабораторной работы необходимо: – ознакомиться с теоретическим материалом и приведенными примерами; – получить номер варианта задания у преподавателя; – ввести необходимые данные в компьютер и объяснить полученные результаты работы программы; – ответить на контрольные вопросы. 9.4. Содержание отчета Для отчета по лабораторной работе необходимо иметь: – задание; – краткие теоретические сведения, изложенные в письменном виде; – объяснение результатов работы программы; знать: – ответы на контрольные вопросы. 9.5. Контрольные вопросы 9.5.1. На какие зоны разбивается рабочая поверхность абразивного инструмента? 9.5.2. Чему равно общее количество вершин в некотором слое рабо92 чей поверхности круга после определенного числа оборотов? 9.5.3. Опишите схему формирования вершин зерен рабочей поверхности круга при шлифовании. 9.5.4. Приведите выражения, описывающие математическую модель распределения вершин зерен на рабочей поверхности абразивного инструмента при шлифовании для любого слоя зон 1, 2 и 3 соответственно. 9.5.5. Как рассчитать вероятность перехода вершин зерен из состояния i в состояние j в результате истирания? 9.5.6. Как рассчитывается вероятность перехода вершин зерен из состояния i в состояние j в результате скалывания? 9.6. Варианты заданий Таблица 9.1 rП х rО х х 10-3 мм х 10-3 мм 0,0178 54 32 0,017 0,0148 54 32 0,0185 0,016 0,0138 54 32 0,03 0,0195 0,0165 0,0143 54 32 0,03 0,017 0,0175 0,0153 54 32 9,0 0,03 0,019 0,0185 0,0163 54 32 170 8,8 0,03 0,0187 0,018 0,0158 54 32 30 250 8,4 0,03 0,0179 0,016 0,0138 54 32 0,35 35 300 8,85 0,03 0,0193 0,015 0,0128 54 32 0,9 0,25 50 280 8,7 0,03 0,0186 0,0155 0,0133 54 32 11 0,9 0,25 20 190 9,1 0,03 0,019 0,0165 0,0143 54 32 12 0,9 0,5 25 240 8,5 0,03 0,0187 0,0175 0,0153 54 32 13 0,9 0,5 35 210 8,3 0,03 0,0179 0,016 0,0138 54 32 14 0,9 0,2 30 170 8,25 0,03 0,0193 0,015 0,0128 54 32 15 0,9 0,2 30 250 8,6 0,03 0,0178 0,0155 0,0133 54 32 16 0,9 0,25 35 310 8,8 0,03 0,0191 0,02 0,0178 54 32 17 0,9 0,45 50 190 8,9 0,03 0,019 0,017 0,0148 54 32 18 0,9 0,3 20 250 9,1 0,03 0,0185 0,016 0,0138 54 32 nз № Kc Vu Vk Dk м/c м/c мм зерен /мм2 1 0,9 0,2 30 250 2 0,9 0,25 35 3 0,9 0,35 4 0,9 5 0,9 6 Hu мм p мм t3п мм t30 мм 8,8 0,03 0,019 0,02 260 8,7 0,03 0,018 50 250 8,5 0,03 0,5 20 240 8,9 0,5 25 200 9,1 0,9 0,2 35 230 7 0,9 0,2 40 8 0,9 0,25 9 0,9 10 93 Окончание табл. 9.1 nз № Kc Vu Vk Dk м/c м/c мм зерен /мм2 19 0,9 0,2 40 280 20 0,9 0,35 30 21 0,9 0,25 22 0,9 0,2 23 0,9 24 Hu t30 мм rО х х 10-3 мм х 10-3 мм мм 9,2 0,03 0,0195 0,0165 0,0143 54 32 270 8,8 0,03 0,017 0,0158 0,0136 54 32 35 260 8,6 0,03 0,019 0,0193 0,0171 54 32 50 300 8,4 0,03 0,0187 0,0172 0,015 54 32 0,5 20 265 8,8 0,03 0,02 0,0167 0,0145 54 32 0,9 0,2 25 215 8,4 0,03 0,0183 0,0165 0,0143 54 32 25 0,9 0,25 35 235 8,85 0,03 0,0194 0,016 0,0138 54 32 26 0,9 0,35 30 195 8,7 0,03 0,0178 0,015 0,0128 54 32 27 0,9 0,5 30 225 9,1 0,03 0,018 0,0155 0,0133 54 32 28 0,9 0,5 35 245 8,5 0,03 0,0185 0,02 0,0178 54 32 29 0,9 0,2 50 250 8,8 0,03 0,019 0,017 0,0148 54 32 30 0,9 0,2 20 315 8,8 0,03 0,0198 0,016 0,0138 54 32 94 t3п мм rП х p мм СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Шагун, В. И. Металлорежущие инструменты: учеб. пособ. для машиностр. спец. вузов / В. И. Шагун. – М.: ВШ, 2007. – 423 с. 2. Солоненко, В. Г. Резание металлов и режущие инструменты: учеб. пособие для вузов / В. Г. Солоненко, А. А. Рыжкин. – М.: ВШ, 2007. – 414 с. 3. Кирсанов, С. В. Режущий инструмент: учебник для вузов / С. В. Кирсанов. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 2005. – 528 с. 4. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2. Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Суслова, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение-1, 2003. – 944 с. 5. Новоселов, Ю. К. Методика вероятностного расчета съема металла в зоне контакта с шлифовальным кругом / Ю. К. Новоселов // Абразивы. – М.: НИИМАШ, 1975. Вып. 10. – С. 18–23. 6. Боровский, Г. В. Справочник инструментальщика / Г. В. Боровский. Под ред. А. Р. Маслова. – М.: Машиностроение, 2005. – 464 с. 95 Владимир Андреевич Носенко Павел Васильевич Ольштынский Сергей Николаевич Ольштынский Марина Владимировна Даниленко ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ» Учебное пособие Редактор Пчелинцева М. А. Компьютерная верстка Сарафановой Н. М. Темплан 2010 г., поз. № 1К. Подписано в печать 28. 04. 2010 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 6,0. Усл. авт. л. 5,81. Тираж 200 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1. Отпечатано в КТИ 403874, г. Камышин, ул. Ленина, 5, каб. 4.5 96