Федеральное агентство по образованию и науке РФ
Сарапульский политехнический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»
Кафедра «Технология машиностроения, металлорежущие станки и
инструменты»
РЕФЕРАТ
По дисциплине: «Резание материалов»
На тему: «Расчет и оптимизация режимов резания»
Задача № .
Вариант № .
Выполнил: студент гр.511-2 Капитонов А.И.
Проверил: преподаватель Батинов И.В.
г. Сарапул, 2009.
СОДЕРЖАНИЕ.
Введение …………………………………..…………………………………….3
Глава 1. Описание операций…………………………………………………....5
1.1. Принцип обработки на шлифовальном станке...…………………..5
1.2. Виды и способы шлифования……………………………………….6
1.3. Оборудование для шлифовальной обработки……………………...8
1.4. Виды режущего инструмента………………………………………10
1.5. Приспособление и оснастка………………………………………...15
Глава 2. Расчет режимов резания……………………………………...............16
Заключение……………………………………………………………………...19
Список используемой литературы…………………………………………….20
Введение
Обработка резанием является и на многие годы останется основным технологически приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Нужно также учитывать универсальность и гибкость обработки резанием, обеспечивающие ее преимущество перед другими методами формообразования, особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах.
Основная трудность, с которой сталкиваются при обработке резанием, это чрезмерно большие припуски, оставляемые на обработку, вследствие невысокой точности литых, кованных и штампованных заготовок. Это удорожает процесс механической обработки и усложняет дробление, уборку и транспортировку стружки. По мере совершенствования методов обработки без снятия стружки некоторые операции механической обработки отпадут, а трудозатраты на другие сократятся в связи с уменьшением припуска. Изменится и качественный состав операций; уменьшится объем простых высокопроизводительных обдирочных операций и увеличится объем сложных трудоемких финишных операций. Однако значительного сокращения объема обработки конструкционных материалов резанием ожидать нельзя, так как с каждым годом усложняются конструктивные формы деталей и возрастают требования к точности и качеству их изготовления.
Все большее применение находят труднообрабатываемые конструкционные материалы (высокопрочные, жаростойкие и жаропрочные стали сплавы), имеющие низкую обрабатываемость резанием, что также повышает трудозатраты при обработке. Совершенствование обработки металлов резанием невозможно без использования достижений науки о резании металлов, которая является базой для этой отрасли технологии машиностроения. При проектировании технологического процесса изготовления деталей необходимо оценить эффективность созданного процесса, показателями которой являются качество изготовляемых деталей, надежность функционирования процесса и его производительность и себестоимость.
Если не опираться на теоретические основы процесса резания металлов, то невозможно ни спроектировать научно обоснованный технологический процесс, ни дать оценку его эффективности. Производительность и себестоимость технологического процесса определяются временем, которое затрачивается на выполнение отдельных операций, и зависит от установленных на них режимов резания. Сознательное назначение режима резания невозможно без знания основных законов производительного резания, базирующихся на процессах, происходящих в зоне деформации и на контактных поверхностях инструмента. Качество выпускаемых деталей определяется точностью их геометрических форм и шероховатостью обработанной поверхности. При определенной жесткости детали макрогеометрические погрешности формы зависят от величины и направления сил, действующих в процессе обработки.
Таким образом, при точностных расчетах, базирующихся на жесткости технологической системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), нужно уметь определять силы резания и знать, от чего зависят их величины и направления действия.
Глава 1. Описание операций
.
1.1. Принцип обработки на шлифовальном станке.
Шлифование – один из прогрессивных методов обработки металлов резанием. При шлифовании припуск на обработку срезают абразивными инструментами – шлифовальными кругами. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело, состоящее из большого числа абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. Между зернами круга и связкой расположены поры. Материалы высокой твердости, из которых образованы зерна шлифовального круга, называют абразивными.
Шлифование состоит в том, что шлифовальный круг, вращаясь вокруг своей оси, снимает тонкий слой металла (стружку) вершинами абразивных зерен, расположенных на режущих поверхностях шлифовального круга (периферия круга).
Число абразивных зерен, расположенных на периферии круга, очень велико; у кругов средних размеров оно достигает десятков и сотен тысяч штук. Таким образом, при шлифовании стружка снимается огромным числом беспорядочно расположенных режущих зерен неправильной формы, что приводит к очень сильному измельчению стружки и большому расходу энергии.
Режущая поверхность шлифовального круга состоит из множества абразивных зерен, расположенных на его поверхности на некотором расстоянии друг от друга и выступающих на различную высоту. Этим объясняется то, что не все абразивные зерна работают одинаково.
Абразивное зерно, вращаясь с очень большой скоростью (90 м/с и более), срезает металл с поверхности заготовки. Следовательно, шлифование следует рассматривать как сверхскоростное резание (царапанье) поверхностных слоев заготовки большим числом мельчайших шлифующих зерен (резцов), сцементированных в круге с помощью связки. Полученная таким образом шлифованная поверхность представляет собой совокупность шлифовочных рисок, оставляемых вершинами абразивных зерен круга. Образование каждой шлифовочной риски происходит в результате последовательного внедрения режущей кромки зерна в обрабатываемую поверхность.
1.2. Виды и способы шлифования.
В машиностроении наиболее часто применяют следующие виды шлифования: круглое наружное, круглое внутреннее и плоское.
Круглое наружное шлифование. Заготовку устанавливают в центрах или закрепляют в патроне. Различают шлифование с продольной подачей заготовки и врезное шлифование. Для осуществления шлифования необходимо, чтобы шлифуемая заготовка и абразивный инструмент имели заданные относительные движения, без которых резание металлов невозможно.
При круглом наружном шлифовании с продольной подачей необходимо следующие движения: вращение шлифовального круга – главное движение резания; вращение шлифуемой заготовки вокруг своей оси – круговая подача заготовки; прямолинейное возвратно- поступательное движение заготовки (или шлифовального круга) вдоль своей оси – продольная подача; поперечное перемещение шлифовального круга на заготовку (или заготовки на шлифовальный круг) – поперечная подача или подача на глубину резания. При шлифовании с продольной подачей поперечная подача осуществляется периодически, в конце каждого двойного или одинарного хода стола. При круглом наружном шлифовании врезанием высота круга должна быть равна длине шлифуемой заготовки или несколько больше ее, поэтому нет необходимости в продольной подаче. Поперечная подача в отличие от продольных рабочих ходов (первый способ) производится непрерывно в течение всего шлифования. Таким образом, для выполнения наружного шлифования врезанием необходимы следующие движения: вращение шлифовального круга, вращение шлифуемой заготовки вокруг своей оси или ее круговая подача и непрерывная подача шлифовального круга.
При бесцентровом шлифовании резание осуществляется шлифовальным кругом так же, как на обычных центровых шлифовальных станках. Особенность этого процесса определяется спецификой закрепления и подачи шлифуемой заготовки. При бесцентровом наружном шлифовании шлифуемую заготовку устанавливают на опорном ноже между кругами – шлифующим
(рабочим), расположенным слева, и подающим (или ведущим), расположенным справа. Для осуществления бесцентрового шлифования необходимы следующие движения: вращение шлифовального круга, вращение подающего круга, круговая и продольная подачи.
Вращением подающего круга шлифуемой заготовке сообщается вращение и продольная подача, для получения которой ведущий круг устанавливают под небольшим углом к оси шлифующего круга.
Круглое внутреннее шлифование – шлифование с продольной подачей шлифовального круга или заготовки и шлифование врезанием. Для этого способа шлифования необходимы те же движения, что и при круглом наружном шлифовании с продольной подачей: вращение шлифовального круга, круговая подача заготовки, продольная подача заготовки или круга, поперечная подача шлифовального круга. Возможны так же внутреннее врезное и внутреннее бесцентровое шлифование.
Круглое бесцентровое внутреннее шлифование осуществляют без закрепления заготовки.
Плоское шлифование делят на две группы: шлифование периферией круга и шлифование торцом круга.
Для осуществления плоского шлифования необходимы следующие движения: а) главное движение резание – вращение шлифовального круга; б) движение подачи шлифуемой заготовки; в) движение поперечной подачи детали или шлифовального круга в направлении, перпендикулярном движению подачи; г) движение шлифовального круга на заготовку или заготовки на шлифовальный круг – подача на глубину шлифования. В том случае, когда высота шлифовального круга больше ширины шлифуемой заготовки, поперечная подача отсутствует.
1.3. Оборудование для шлифовальной обработки.
Классификация шлифовальных станков.
Металлорежущие станки, предназначенные для обработки заготовок абразивными инструментами, составляют группу – шлифовальные станки. Шлифовальные станки обеспечивают шестой и седьмой квалитеты ИСО. При обычном шлифовании достигают параметра шероховатости поверхности Ra=1,25[pic]0,32 мкм, при точном шлифовании Ra=0,38[pic]0,08 мкм, а при отдельных операциях Ra=0,08[pic]0,02 мкм.
По классификатору ЭНИМС предусмотренно разделение всех металлорежущих станков на 9 групп. Группы делят на типы, а типы по размерам станков или обрабатываемых заготовок.
Группа станков с абразивным инструментом обозначена цифрой 3
(первая цифра в обозначении модели). Вторая цифра указывает тип станка: 1 – круглошлифовальные станки (3161); 2 – внутришлифовальные станки (3228); 3 – обдирочношлифовальные станки (332); 4 – специализированные шлифовальные станки, например, шлицешлифовальные (3451); 5 – не предусмотренно; 6 – заточные (364); 7 – плоскошлифовальные с прямоугольным (371) или круглым (3756) столом; 8 – притирочные и полировальные станки
(3816); 9 – разные станки, работающие с применением абразивного инструмента (395). Когда необходимо указать, что рассматриваемая конструкция станка усовершенствована, то есть принадлежит к новому поколению станков, то в условное обозначение вводят букву
А (3А64).
Кроме станков, изготовляемых серийно, станкостроительные заводы выпускают много специальных станков; обозначают их, как правило, условными заводскими номерами.
Например, внутришлифовальный автомат ЛЗ-242 изготовлен на
Ленинградском станкостроительном заводе им. Ильича (ЛЗ) под номером 242. Указанный шифр станка не дает конкретных сведений о нем, следовательно, необходима дополнительная информация.
Металлорежущие станки, в том числе станки шлифовальной группы, делят на универсальные, специализированные и специальные.
Отечественная станкостроительная промышленность изготовляет металлорежущие станки пяти классов точности; Н – нормальной, П – повышенной, В – высокой, А – особо высокой, С – особо точной.
Набольшее применение в промышленности нашли шлифовальные станки повышенной и нормальной точности. Соотношение между показателями точности при переходе от одного класса к другому для большинства станков принято по геометрическому ряду со знаменателем 1,6. Например, допускается осевое биение шпиндельной бабки круглошлифовальных станков 4.0, 2.5, 1.6, 1.0 мкм для классов точности соответственно П, В, А, С. Высокую точность станков обеспечивают изготовлением основных деталей с высокой степенью точности, а также резким
1.4. Виды режущего инструмента.
Абразивный материал – это естественный или искусственный материал, преимущественно высокой твердости. К естественным абразивным материалам относится алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранит. К искусственным – нормальный электрокорунд, хромистый электрокорунд, титанистый электрокорунд, монокорунд, зеленый и черный карбид кремния, карбид бора, синтетические алмазы, кубический нитрат бора, и другие.
Основными свойствами абразивных материалов является твердость, абразивная способность, прочность и износостойкость.
Для производства шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов используются два типа алмазов: натуральные, в форме монокристаллов и искусственные (синтетические) монокристаллические и поликристаллические. Природные алмазы обозначаются буквой А, синтетические АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, АСБ, АСПК и др.
Алмаз естественный (А) представляет собой разновидность углеродов, обладает наивысшей твердостью из всех известных естественных и искусственных абразивных материалов, но хрупок.
Естественные алмазы содержат наибольшее количество (от 0.02% до
4.8%) примесей окислов алюминия, железа, кальция, кремния, марганца, титана и др. Алмазы, непригодные для изготовления украшений называют техническими и используют для шлифования металлов. Массу алмаза измеряют в граммах и каратах; 1 кар = 0.2 г.
Алмаз синтетический (АС). Для получения синтетических алмазов используют углеродсодержащие вещества с применением катализаторов. В качестве углеродсодержащего вещества наиболее часто применяют графит, реже – сажу или древесный уголь, а в качестве катализатора – металл (хром, никель, железо, кобальт и др.). Под действием высокой температуры и давления происходит образование синтетического алмаза.
В зависимости от размеров зерен, методов их получения и контроля порошки из синтетических алмазов делят на шлифпорошки и микропорошки.
Существует пять марок шлифпорошков из синтетических алмазов, которые различаются в основном механическими свойствами
(прочностью, хрупкостью), а также формой и параметрами шероховатости:
АСО – зерна с шероховатой поверхностью, обладают пониженной прочностью и пониженной хрупкостью, работают с минимальными потреблением и энергией и выделением теплоты, обладают хорошими режущими свойствами;
АСР – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью по сравнению с АСО и хорошо удерживаются в связке;
АСВ – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью, чем
АСО и АСР, имеют по сравнению сними более гладкую поверхность;
АСК – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью по сравнению с АСО, АСР, АСВ;
АСС – зерна имеют максимальную прочность по сравнению с алмазами других марок и представляют собой зерна блочной формы.
Прочность зерен АСС выше прочности естественных алмазов.
Алмазные микропорошки выпускают: 1) с нормальной абразивной режущей способностью (АМ) из естественного алмаза и из синтетических алмазов (АСМ); 2) с повышенной абразивной способностью из природных (АН), синтетических (АСН) алмазов.
В институте сверхтвердых материалов АН УССР создан новый сверхтвердый материал «Славутич», который, не уступая алмазам по износостойкости, превосходит их по прочности.
Электрокорунды состоят из окиси алюминия Al2O3 и его примесей. Содержания окиси алюминия 93-96% в нормальном электрокорунде и монокорунде. Разновидности электрокорундов различаются содержанием окиси алюминия. Нормальный электрокорунд
1А выплавляют из бокситов; его разновидности 12А, 13А, 14А и
16А. При содержании, например, 92% окиси алюминия нормальный электрокорунд обозначают 13А, 93% - 14А и так далее. Белый электрокорунд 2А выплавляют из глинозема; его разновидности –
22А, 23А, 24А, 25А. Белый электрокорунд содержит не менее 97% окиси алюминия. При содержании 98% окиси алюминия белый электрокорунд обозначают 22А а свыше 99.3% - 25А.
Легированные электрокорунды выплавляют из глинозема с различными добавками. К этим электрокорундам относится хлористый электрокорунд 3А; его разновидности 32А, 33А, 34А, а также титанистые электрокорунд 37А. Окислы хрома и титана упрочняют кристаллическую решетку окиси алюминия и одновременно придают зерну очень высокую вязкость, приближающуюся к вязкости нормального электрокорунда.
Циркониевый электрокорунд изготовляют на базе белого электрокорунда с добавкой окиси циркония. Он имеет очень высокую прочность. Шлифовальные круги из циркониевого электрокорунда, изготовленные по технологии горячего прессования, обладают стойкостью в 10-20 раз превышающей стойкость инструмента, изготовленного из нормального электрокорунда по обычной технологии. Вследствие незначительного нагревания заготовки на обрабатываемой поверхности не возникает прижогов. Циркониевый электрокорунд обозначается 38АМ, содержит 18-25% двуокиси циркония, зернистость 250-125.
За последние годы в нашем государстве созданы абразивные материалы из легированного электрокорунда повышенной стойкости и прочности: хромотитанистый 91А и 92А, ванадиевый, формокорунд, электрокорунд и другие.
Перспективны круги из хромотитанистого электрокорунда 91.
При их использовании на операциях плоского и круглого наружного шлифования и других видов шлифования стойкость шлифовальных кругов повышается до 2.5 раза, производительность в 2 раза, обработка без прижогов.
Монокорунд 4А выплавляют из боксита сернистым железом и восстановителем с последующим выделением монокристалла корунд.
Выпускают монокорунд марок 43А, 44А, 45А; он особенно эффективен при обработке жаропрочных и кислотоупорных сталей.
Карбид кремния представляет собой химическое соединение кремния и углерода, получаемое из кокса и кварцевого песка в электрических печах при нагреве их до температуры 2100-22000 С и содержит около 97-99% SiC. Карбид кремния является ценным шлифующим материалом. Он имеет зерна темно-синей и зеленой окраски с красивым цветом побежалости и металлическим блеском. В зависимости от содержания (%) чистого карбида кремния этот материал делят на зеленый (6С) и черный (5С). Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным хрупкость и содержит чистого кремния не менее 97%. Он выпускается следующих разновидностей: 62С, 63С и 64С. Черный карбид кремния в зависимости от содержания карбида кремния выпускают следующих разновидностей: 52С, 53С, 54С и 55С.
Важнейшими свойствами этого абразивного материала являются высокие твердость (тверже его только алмаз, эльбор и карбид бора) и абразивная способность, которая объясняется тем, что его зерна имеют острые режущие грани. Под абразивной способностью понимают способность абразивных зерен обрабатывать тот или иной материал. Карбид кремния очень теплостоек; он способен выдерживать температуру до 20500 С.
Карбид бора (КБ) представляет собой химическое соединение
B4C, он обладает высокими абразивной способностью, износостойкостью и химической стойкостью.
Кубический нитрид бора (КНБ) – сверхтвердый материал, впервые получен в 1957г. и содержит 43.6% бора 56.4% азота. (КНБ) – второй по твердости после алмаза материал. Его твердость в 2,5 раза выше чем у электрокорунда. По сравнению с традиционными абразивами, такими как карбид кремния и электрокорунд, КНБ обладает значительно более высокими абразивными свойствами, что связано с остротой его кромок (рис. 18). Он не утрачивает своих режущих свойств при высоких температурах (до 1300°С) и химическом воздействии СОЖ.
Несмотря на несколько меньшую твердость, кубический нитрид бора обладает почти теми же абразивными свойствами, что и алмаз, но превосходит по износостойкости все известные абразивные материалы, применяемые в технике. Кубический нитрид бора выгодно отличается от алмаза своей высокой теплостойкостью. Он не теряет своих режущих свойств даже при температуре 12000 С; шлифовальные круги из него отличаются высокой стойкостью. Их применение повышает точность и качество детали, резко сокращает время на правку.
Абразивные материалы из кубического нитрида бора в СССР выпускают в виде шлифпорошков – эльбор (Л) и кубонит (КО) – и микропорошков (КМ).
Зернистость абразивного материала приведена ниже.
Шлифзерно – 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32,
25, 20, 16
Шлифпорошки - 12, 10, 8, 6, 5, 4
Микропорошки - М63, М50, М40, М28, М20, М14, М10, М7, М5.
Одним из эффективных методов повышения износостойкости и производительности инструмента из сверхтвердых материалов является металлизация сверхтвердых материалов, целесообразность которой доказана отечественной и зарубежной практикой. Заключая алмазные зерна в металлическую оболочку и заполняя микротрещины, покрытие увеличивает прочность, что приводит к повышению стойкости инструмента. Прочность алмазных зерен, покрытых никелем, вырастает на 22%.
Степень металлизации зерен варьируется от 40% до 100% в зависимости от условий работы круга и вида операции шлифования. Степень металлизации 100% соответствует тому, что масса нанесённого на единичное зерно алмаза или КНБ никеля равна массе этого зерна.
Из сверхтвердых материалов (суперабразивов) в основном изготавливают шлифовальные круги с концентрацией алмаза или КНБ, равной 75% что соответствует их содержанию в алмазоносном слое (3,3 карат/ см3
) или 100% (4,4 карат/ см3
).
Рис. 18. Абразивные зерна КБН (а
), электрокорунда (б
) и карбида кремния (в
)
1.5. Приспособление и оснастка.
Приспособления для шлифовальных станков по общей классификации оснастки относятся к седьмой группе, обозначаясь первой цифрой в восьмизначном обозначении различных приспособлений. Для круглошлифовальных и внутришлифовальных станков это могут быть различные центры, патроны, оправки и всевозможные поводковые устройства, служащие для установки вращающихся деталей. В категории приспособлений для плоскошлифовальных станков наиболее распространены магнитные и электромагнитные столы, специальные тиски и разнообразные синусные приспособления, предназначенные для закрепления обрабатываемой детали под нужным углом. Делительные головки, если не являются составной частью плоскошлифовального или заточного станка, также являются дополнительным приспособлением. Делительные головки могут быть различной конструкции: с делительным диском, оптические, червячные, синусные. Они применяются при шлифовании спиралей, многозаходных резьб, шлицев, зубьев зубчатых колес, и прочих деталей, где требуется поворот заготовки на доли оборота или перемещение по окружности на разной длины отрезки.
Автономная система отбора абразивной пыли: Пылесос В.19-101 представляет собой систему забора абразивной пыли для заточных и точильно-шлифовальных станков устанавливаемую при отсутствии централизованной системы вентиляции.
Механизмы для правки шлифовального круга.
Приспособление для балансировки шлифовальных кругов.
Глава 2. Расчет режимов резания.
Задача.
На круглошлифовальном станке мод. 3M131 шлифуется участок вала диаметром d и длиной l. Припуск на обработку h, длина вала l1
. Способ крепления заготовки – в центрах. Материал заготовки: Сталь 40 закаленная (HRC 34...36). Вид обработки: чистовая с продольной подачей напроход.
D=100мм, L=170мм, L1
=300мм, H=0,18мм, Ra=0,63.
Схема обработки.
Технические данные станка 3М131:
Наибольший диаметр шлифуемой поверхности 280мм, длина 700мм.
Nд=7,5 кВт;
=0,8; n (об/мин): 1112 и 1285. з
=40-400 об/мин (регулируется бесступенчато). Максимальные размеры круга: Dк
=600мм, Вк
=63мм.
Решение:
1. Выбор инструмента для шлифования:
ПП24А40НС15К5А35 - маркировка круга.
ПП - Наибольшее применение находят плоские круги прямого профиля (ПП). Их применяют для круглого наружного и внутреннего шлифования, плоского шлифования периферией круга, заточке инструмента и ручного обдирочного шлифования.
24А - марка абразивного материала (белый электрокорунд).
40–зернистость(шлифпорошки), размер зерна основной фракции 500-400мкм.
Н – процентное содержание основной фракции.
С1 - степень твердости (средний).
5 - номер структуры (закрытая).
К5 - вид связки (керамическая).
А - класс круга.
35 - окружная скорость(35 мс), при которой обеспечивается безопасная работа.
2. Режимы резания:
2.1. Выбираем частоту вращения круга.
. По паспорту
2.2. Выбираем частоту вращения заготовки.
(по табл. от 15 до 55).
, т.к. бесступенчато принимаем .
2.3. Выбор продольной подачи:
При , =>(от 0,005 до 0,015).
. В нашем случае коэффициент выбираем 0,25.
2.4. Находим скорость продольного хода стола:
2.5. Выполняем расчет мощности с продольной подачей:
, т.к. (4,11кВт<7,5кВт), то режим реализуем.
2.6. Находим время обработки:
, .
, , .
.
.
Заключение.
Шлифование является одной из ключевых технологий современного машиностроительного производства, которая, благодаря новым разработкам в области создания абразивных материалов и инструментов, а также новейшего технологического оборудования оснащенного многокоординатными устройствами ЧПУ, в последние годы получило качественное развитие. Роль процессов шлифования значительно увеличивается с появлением новых материалов, в частности конструкционных керамик и керамокомпозитов, получение точных деталей из которых без шлифования проблематично.
Список используемой литературы.
1)Лоскутов В.В. Шлифовальные станки (М. Машиностроение 1988).
2)Лоскутов В.В. Шлифование металлов Учебник (М. Машиностроение 1985).
3)Якимов А.В., Паршаков А.Н., Свирщев В.И., Ларшин В.П. Управление процессом шлифования (К. Техника 1990)