Контрольна робота по „Технологія конструкцій метала”

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ,

І НФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І УПРАВЛІННЯ 
 
 

С.К. № 08488 
 
 
 
 

Контрольна  робота по предмету „Технологія конструкцій  метала” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Виповнив  студент

Мартинова Володимира Миколайовича

Інженерний  факультет 

Проверил доц. Головань М.О.

Група:АГз-08-1 
 
 
 

Кременчук 2009р

План.

1.Обробка конструкційних матеріалів різанням. Основні методи обробки різанням. Елементи режиму різання та процеси стружкоутворення, що його супроводять.

2.У чому полягає фізична сутність електроіскрового і електроімпульсного методів обробки? У чому різниця між цими методами.

3.Елементи режиму при нарізанні зубів коліс. Нарізання зубчастих коліс на зубофрезерних верстатах моделі 5Д32 та зубодовбальними станками.

4. Метод обробки термопластів литтям під тиском і відцентровим литтям.

5. Конструкційні сталі. Вуглецеві сталі. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обробка конструкційних матеріалів різанням. Основні методи обробки різанням. Елементи режиму різання та процеси стружкоутворення, що його супроводять. 

Вступ до технології і устаткування для обробки матеріалів різанням  

Рис.1 Поверхні заготовки і координатні  площини токарного різця   

Під час обробки на металорізальних верстатах з поверхні заготовки видаляється припуск, що перетворюється в стружку і отримуються деталь. Тобто система різання складається із стружки, заготовки і інструмента. Під час обробки в цій системі прийнято розглядати наступні поверхні (рис.1):  

Оброблювану (1) – яка видаляється із заготовки  з метою одержання деталі.  

Оброблену (2) –  яка з’являється на деталі після  зняття припуску.  

Поверхню  різання (3) – перехідну поверхню, що утворюється різальними кромками інструмента і з’єднує дві перші.

Відстань  між оброблюваною та обробленою поверхнями, що вимірюється по нормалі до останньої, називається глибиною різання.

Для реалізації процесу різання інструмент і  заготовка (або хтось один із них) мають виконувати відповідні рухи:

Рух різання  – необхідний для зрізання різальними кромками стружки із заготовки. Швидкість  цього руху позначається буквою V, вимірюється  в м/хв і називається швидкістю  різання. Проте при наявності  тільки одного руху різання зняття стружки припиниться після першого оберту деталі. Для продовження різання необхідний рух подачі.  

 

Рис.2 Схема роботи багатозубого інструмента 

Рух подачі необхідний для того, щоб процес різання продовжувався  неперервно або періодично. Швидкість  руху подачі позначається буквою S і називається просто – подачею. В залежності від виду обробки різанням розрізняють декілька видів подач. Якщо рух подачі кінематично зв’язаний із рухом різання, частіше всього використовують величину подачі інструмента або заготовки на один оберт інструмента чи заготовки. Позначається вона S і вимірюється в мм/об. Якщо рух різання – зворотно-поступальний – використовується подача на один подвійний хід інструмента, для багатозубих інструментів (рис.2) розглядають подачу за час зміни одного зуба - подачу на один зуб,

мм/зуб. У всіх перерахованих способів використовують поняття хвилинної подачі, як переміщення інструмента чи деталі за одну хвилину роботи, в мм/хв. 
 
 

Три розглянуті параметри процесу різання: глибина, подача та швидкість різання складають, так названий, режим різання. Крім робочих рухів при обробці різанням на верстатах існують рухи встановлення (установочні) та допоміжні. Установочні - рухи робочих органів верстата, за допомогою яких інструмент займає по відношенню до заготовки положення, яке дозволяє знімати з заготовки шар матеріалу. Допоміжні - рухи робочих органів верстата, які не мають прямого відношення до різання (швидкі переміщення інструменту, транспортування заготовки тощо). 

2. Основні характеристики  різального інструмента

Для того, що різальний інструмент міг зрізати стружку, його тіло має бути виконано із спеціального матеріалу, а робочі поверхні відповідним чином орієнтовані (загострені). Матеріали, із яких виготовляється інструмент, називаються інструментальними. До них відносяться: Інструментальні сталі (вуглецеві, леговані, швидкорізальні), які відрізняються тим, що після загартування і відпуску мають високу твердість (HRC 62-65), міцність і теплостійкість (від 200°С до 550°С). Проте для швидкісної обробки така теплостійкість недостатня, оскільки температура в зоні різання сучасних процесів обробки досягає 1000°С. Тверді сплави, що є продуктом порошкової металургії, і складаються із твердих карбідів металів (WC, TiC, TaC), скріплених за допомогою зв’язки (Co, Ni, Mo). Тверді сплави марок ВК6, ВК8, Т15К6, Т5К10 та ін. характеризуються великою твердістю (HRA 90-93), дещо меншою, чим сталі міцністю і високою теплостійкістю, що досягає 800…850°С). Мінеральна кераміка, створена на основі окису алюмінію Al2O3 (біла кераміка) із добавкою карбідів металів (WC, TiC) (чорна кераміка). Промислові марки ВОК63, ВОК65, ВОК72 мають велику твердість (HRA 92-94), хімічну інертність до всіх сполук і дуже високу температуру теплостійкості, що досягає 900…1200°С. Проте ці матеріали характеризуються підвищеною крихкістю і використовуються для чистової обробки твердих металів (загартованих сталей). Надтверді матеріали – алмази і кубічний нітрид бору майже однакові за твердістю, але алмази не витримують високої температури (вище 700°С), перетворюючись у графіт. Кубічний нітрид бору (ельбор, белбор, ісміт – об’єднані спільною назвою – композит) має критичну температуру, що досягає 1500°С, інертний до всіх матеріалів, але досить крихкий. Тому алмази більше використовуються для тонкої обробки кольорових металів, значно м’якіших, чим сталі, а композити – для тонкої обробки сталей і чавунів. 
 
 

3. Основні явища,  що супроводжують процес перетворення  зрізуваного шару в стружку

Розглянемо тепер  процес утворення стружки, як він  був описаний І.А.Тімме. При втискуванні в оброблюваний матеріал передня поверхня інструмента (ППІ) діє на зрізуваний шар нормальною силою (рис.5). Оскільки стружка рухається по ППІ, то за законом тертя на неї діє сила тертя де - середній коефіцієнт тертя по передній поверхні.

Рис.5 Схема стружкоутворення з єдиною площиною зсуву

Рівнодіюча цих  двох сил  називається силою стружкоутворення, а її кут нахилу до вектора швидкості головного руху називається кутом дії -. Під дією цієї сили в зрізуваному шарі виникають нормальні та дотичні напруження (тертя) -. Останні досягають максимального значення в деякій площині, нахиленій під кутом приблизно рівним до напрямку дії. При продовженні руху напруження зростають до тих пір, поки не перевищать межу текучості на зсув оброблюваного матеріалу. Після цього по лінії m-n наступає зсув елемента зрізуваного шару і перехід його в стружку.

Рис.6 Форма стружки, утвореної за схемою із єдиною площиною зсуву

Площина m-n називається умовною площиною зсуву, а кут її нахилу до напрямку швидкості різання - кутом зсуву. Площина зсуву розділяє ще недеформовані об’єми зрізуваного шару від вже повністю деформованої стружки. В результаті послідовної реалізації таких зсувних процесів і одержується зазубрена стружка, показана на рис.6.

Велике розмаїття  умов обробки приводить до того, що процеси пластичної деформації при  різанні також проходять по різному. В результаті цього можуть бути одержані 4 типи стружок: зливна, суглобиста, елементна і надлому. Перші три з них одержуються в результаті деформації зсуву, а четверта - є результатом дії напружень розриву. елементна стружка (рис.7,а) складається із окремих елементів 1, приблизно однакової довжини, не зв‘язаних між собою. Утворюється при обробці твердих і малов‘язких матеріалів з малою швидкістю різання.

Суглобиста стружка (див.рис.7,б) складається із частинок, міцно зв‘язаних між собою, які  добре вирізняються зазублинами 1 на внутрішньому боці стружки. Прирізцева сторона стружки - гладенька. Суглобиста стружка одержується при різанні сталі та інших пластичних матеріалів з середніми швидкостями різання. Зливна стружка (див.рис.7,в) представляє собою стрічку із гладкою блискучою прирізцевою стороною 1 і малопомітними зазублинами 2 на внутрішньому боці. Утворюється при різанні пластичних матеріалів (наприклад, сталі) з високою швидкістю різання. Як правило, ця стружка є небажаною з точки зору охорони праці і її транспортування із зони різання.

 

Рис.7 Типи стружок  при різанні: а - елементна, б - суглобиста, в - зливна, г – надлому

Стружка надлому (див.рис.7,г) утворюється при різанні  крихких матеріалів (чавуну, бронзи, кераміки) і складається із окремих  малодеформованих елементів. Оброблена поверхня має форму нерегулярних виривів, оскільки кожен елемент відколюється вершиною різця. При цьому може утворюватись металевий пил.

Тип стружки  залежить від оброблюваного матеріалу. При різанні пластичних матеріалів характерним є утворення всіх трьох типів стружок. Причому, при  збільшенні твердості та міцності оброблюваного матеріалу зливна стружка переходить в суглобисту, а потім - в елементну. Для крихких матеріалів при підвищені НВ елементна стружка переходить в стружку надлому.

По мірі збільшення кутів  і має місце трансформація стружки в зливну, а для крихких - в елементну.

При збільшені  подачі проходить перетворення зливної  стружки в стружку надлому.

Збільшення швидкості  різання робить стружку більш  зливною, але для деяких матеріалів (жароміцні та титанові сплави) має  місце зворотне перетворення.

Найчастіше зустрічається при обробці зливна і суглобиста стружка, із яких сама небажана з точки зору техніки безпеки – зливна.

 Рис.8 Розміри зрізуваного шару і стружки при різанні

Кут зсуву  є однією із найважливіших характеристик процесу деформації. Його знання дозволяє визначити ступінь деформації зрізаного шару, температуру в зоні різання, сили різання та ін. На даний час достовірне визначення кута зсуву можливе лише експериментальним способом, через встановлення степені деформації зрізуваного шару – коефіцієнта усадки. Цей коефіцієнт представляє собою відношення розмірів зрізуваного шару,до розмірів стружки, яка після деформації стає товстішою і коротшою (рис.8).

а) коефіцієнт поздовжньої  усадки

б) коефіцієнт усадки по товщині

Тобто, чим більший  коефіцієнт усадки, тим більшій деформації піддається зрізуваний шар в процесі обробки.

Природа виникнення сил різання та їх напрямок дії

При зрізанні припуску різальним лезом як на передню, так  і на задню поверхні інструмента  діють напруження, які можна з  певним наближенням замінити сконцентрованими силами, прикладеними відповідних місцях цих поверхонь (рис.9). на передню поверхню діють: нормальна сила і сила тертя, які разом утворюють рівнодіючу силу передньої поверхні на контактну ділянку задньої поверхні діє нормальна сила пружної післядії. Ця сила викликає силу тертя ЗПІ по поверхні різання, яка разом із силою створюе

 
 

Рис.9 Схема  дії сили різання та її складових

Рис.10 Напрямки дії сил різання

Співвідношення  між силами і залежить від умов різання. Так для гострого інструмента  складова практично не відрізняється від нуля.

Рівнодіюча сил  на передній і задній поверхнях називається  силою різання. Її напрямок дії та величина залежать від геометрії  інструмента, режимів обробки і  властивостей оброблюваного та інструментального  матеріалів. Тому для практики використання переважно використовується не сама сила різання, а її складові на заздалегідь обумовлені напрямки (рис.9 і 10): - на напрямок швидкості різання, - на напрямок подачі і - на напрямок нормалі до перших двох (як правило, на напрямок нормалі до обробленої поверхні).

Оскільки сила, як правило, завжди більша за дві інші, її називають головною складовою  сили різання або тангенційною складовою. При відомих трьох складових  величина загальної сили різання  буде дорівнювати:

Співвідношення  між складовими силами різання змінюються при зміні умов обробки. Найбільше зростають складові сили різання при збільшенні глибини різання, слабкіше впливає подача, а ріст швидкості приводить до незначного зменшення сили різання. Зменшення кутів, і різця, ріст його зношування, збільшення міцності і твердості оброблюваного матеріалу супроводжується ростом сил різання, тоді як використання мастильно-охолоджувальних речовин їх зменшують.

Використання  силових залежностей

Сила різання  використовується для розрахунку потужності різання (кВт), яка в подальшому є вихідним даним для проектних і перевірочних розрахунків на міцність та жорсткість деталей коробок швидкостей, корпусів, шпинделів м/р верстатів, а також корпусів та елементів кріплення металорізальних інструментів.

Сила різання - сила подачі, використовується для розрахунку механізму подач: коробок подач, ходових гвинтів, ходових валів, напрямних верстата; а також елементів, що визначають жорсткість кріплення інструмента.

Сила різання - сила віджиму інструмента від  заготовки є причиною похибок обробки (бочкоподібність, конічність, корсетність тощо). За її величиною конструюються елементи і пристрої кріплення (тримачі, полозки напрямних, тощо).