Типы стружек и различия в механизме их образования
В зависимости от условий обработки стружка может быть разных видов. При обработке пластичных материалов (конструкционные стали) образуется элементная стружка, ступенчатая и сливная, а при обработке малопластичных материалов— стружка надлома(рис. 1) . Эта классификация стружек предложена в 1870 г. Н. А. Тиме. Ею пользуются и в настоящее время.
Рис. 1. Виды стружек, образующихся при резании
стружка фреза резание сталь
Элементная стружка (рис. 1, а) состоит из отдельных, пластически деформированных элементов, слабо связанных или совсем не связанных между собой
Ступенчатая стружка (рис. 1, б) получается при обработке сталей со средней скоростью резания. Ступенчатая стружка имеет одну сторону (со стороны резца) гладкую, а другая сторона имеет ступеньки (зазубрины) с выраженным направлением отдельных элементов, прочно между собой связанных. У ступенчатой стружки разделение ее на части не происходит.
Сливная стружка (рис. 1, в) сходит с резца в виде ленты без зазубрин, присущих ступенчатой стружке. Она получается при обработке сталей с высокой скоростью резания. Поверхность стружки, прилегающая к передней поверхности резца, сравнительно гладкая, а при высоких скоростях отполирована. Ее противоположная сторона покрыта мелкими зазубринками — насечкой и имеет бархатистый вид.
Стружка надлома (рис. 1, г) получается при обработке малопластичных металлов (твердый чугун, твердая бронза).
Стружка состоит из отдельных, не связанных между собой кусочков различной формы и разных размеров. Обработанная поверхность при такой стружке получается шероховатой с впадинами и выступами.
1.1 Процесс образования сливной стружки как процесс простого сдвига
Сливная стружка получается при обработке вязких или весьма мягких металлов, как, например, медь, олово, свинец, мягкая сталь и т. п. Внешне она отличается от рассмотренных выше форм стружки тем, что имеет вид спирали, при этом элементы ее между собой не разделены и почти не заметны. Шероховатость у этой стружки наблюдается только на внешней стороне, т. е. в вогнутой части, а со стороны резца она имеет гладкую поверхность.
Сливную стружку можно получить также при обработке и не очень вязких металлов, если резание производить при небольшой глубине и при малом угле
Исследованиями установлено, что между срезаемым слоем и образовавшейся стружкой существует переходная зона. Схема, поясняющая процесс образования сливной стружки выглядит следующим образом.(рис. 2) Режущий клин через площадку контакта шириной С действует на срезаемый слой толщиной а с силой R (сила стружкообразования).
Методы обработки цилиндрических поверхностей
... IV). Обработка цилиндрических поверхностей 1. Обтачивание гладких поверхностей. Технические требования. При обработке цилиндрической поверхности токарь должен выдержать ее размеры (диаметр, длину), правильную форму и требуемую чистоту.. Точность размеров ограничивается допустимыми отклонениями, проставляемыми на ...
Зона I (0АВС0) — зона первичной деформации. 0А — нижняя граница, а 0В — верхняя граница этой зоны. Левее линии 0А находится недеформированные зерна металла срезаемого слоя. Правее линии. 0В — зерна металла, принадлежащие стружке. Зерно срезаемого слоя перемещается относительно инструмента со скоростью резания V , начинает деформироваться в точке F , а заканчивается в точке Q , где зерно приобретает скорость Vc равную скорости стружки.
В результате трения стружки о переднюю поверхность инструмента зерна металла, прилегающие к контактной поверхности продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации.
Так возникает зона II — зона вторичной деформации , которая по своей — ширине примерно равна 1/2 С. Толщина этой зоны D1 @ 0,1ас .
Степень деформации в этой зоне превосходит примерно в 20 раз среднюю деформацию стружки. В реальных условиях зона I (первичной деформации) имеет ограниченные размеры, границы которой приближаются к линии 0Е, наклоненной к поверхности резания под углом b (угол сдвига).
Поэтому можно принять, что сдвиговые деформации происходят в тонком слое толщиной DХ по линии 0Е , называемой плоскостью сдвига. При такой идеализации процесс образования стружки можно представить как процесс последовательных сдвигов тонких слоев материала вдоль условной плоскости сдвига.
Рис. 2. Зоны первичной и вторичной деформации при превращении срезаемого слоя в сливную стружку.
Плоскость сдвига разделяет области недеформированного металла и материала стружки. В результате пластического деформирования в стружке образуется характерная текстура в виде полос. Образование текстуры можно представить следующим образом. (рис .3.)
Рис. 3
Сфероидальное зерно материала срезаемого слоя впишем в куб со стороной DХ (толщиной сдвигаемого слоя).
Пусть инструмент переместился из положения I в положение II на величину DL. В результате деформации простого сдвига квадрат mnpq превратится в параллелограмм mnp 1 q1 ; y — угол текстуры представляет собой угол наклона большой оси эллипса к условной плоскости сдвига.
В прирезцовом слое стружки линии текстуры искривляются в сторону, обратную движению стружки. Это вызвано тормозящим действием, передней поверхностью инструмента. Чем больше сила трения, тем сильнее тормозится стружка и больше искривление линий текстуры и толщина слоя D 1 (рис. 4.)
Рис. 4. Схема линии текстуры деформации.
1.2 Влияние различных условий обработки на форму стружки
Тип стружки во многом зависит от рода и механических свойств обрабатываемого материала. При резании пластичных материалов возможно образование элементной, ступенчатой и сливной стружки. По мере увеличения твердости и прочности обрабатываемого материала сливная стружка переходит в ступенчатую, а затем в элементную. При обработке хрупких материалов образуется или элементная, или стружка надлома.
Обтачивание деталей на токарных станках
|
Обтачиваемая деталь — вал |
Лезвие инструмента |
Режим резания |
|||||||||||
|
Марка стали |
В , Н/мм 2 |
НВ |
материал |
геометрические элементы |
V м/мин |
s мм/об |
t мм |
||||||
|
о |
о |
о |
1 о |
о |
r мм |
||||||||
|
30ХГТ |
880 |
197 |
Т14К8 |
10 |
8 |
60 |
15 |
0 |
1,0 |
125 |
0,3 |
4,0 |
|
30ХГТ — Сталь конструкционная легированная. Применение: улучшаемые и цементуемые детали, от которых требуется высокая прочность, вязкая сердцевина и высокая поверхностная твердость, работающие при больших скоростях и повышенных удельных давлениях под действием ударных нагрузок.
При обтачивании стали марки 30ХГТ образуется элементная стружка.
1.3 Основные способы дробления и завивания сливной стружки
При обработке металла резанием необходимо не только получить деталь определенной формы, размера и требуемого качества обработанной поверхности, но и обеспечить образование короткой, легко устранимой стружки. Это особенно важно при высоких режимах обработки, когда в единицу времени образуется большой объем стружки и необходимо обеспечить безостановочную работу оборудования и безопасность оператора.
Резание металлов является во многом наукой отделения стружки от заготовки, причем стружка должна быть требуемой формы и размера. Эффективный процесс резания гарантирует безопасность операции, беспрепятственное удаление стружки из зоны резания, качество обработанной детали, стойкость инструмента, отсутствие непредусмотренных остановок процесса обработки.
Форма современных неперетачиваемых твердосплавных пластин — продукт многолетней работы, направленной на достижение рационального стружкообразования и стружколомания, которые не мешали бы автоматическому циклу работы станка.
Известны четыре основных вида стружколомания:
1. Стружка ломается в процессе резания, благодаря правильно выбранным для данного обрабатываемого материала геометрии инструмента и параметрам режима резания.
2. Стружка ломается от соприкосновения с задней поверхностью режущей пластины или корпуса резца. Такой метод, хотя и приемлем в ряде случаев, может привести к поломке режущей пластины.
3. Стружка ломается при контакте с обрабатываемой деталью, что может привести к увеличению шероховатости обрабатываемой поверхности и чаще всего неприемлемо.
4. Стружка ломается о специальный стружколом, прикрепленный на режущий инструмент или станок.
При удовлетворительном процессе стружкообразования стружка имеет форму недлинных спиралей или запятых. Каждая режущая пластина имеет область стружкодробления, определяемая сочетанием подач и глубин резания, при которых поперечное сечение стружки обеспечивает ее ломание в процессе резания. Обычная форма стружки при чистовых режимах — плоская спираль (А), при получистовых режимах — винтовая спираль (В), при черновых режимах — полукольцо (С).
2. Силы, возникающие при обтачивании металла
Рассмотрим частный, но вместе с тем наиболее общий случай действия сил на резец при продольном точении (рис.5 , а).
Равнодействующую Р всех сил давления обрабатываемого материала на резец можно геометрически разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие: — вертикальное усилие, действующее по касательной к поверхности резания; — радиальное усилие, действующее перпендикулярно к оси обрабатываемой детали; — усилие подачи, направленное параллельно продольной подаче резца. Эти силы являются соответственно проекциями равнодействующей Р на оси координат.
Со стороны детали силы резания стремятся оттолкнуть резец и препятствуют резанию металла. В свою очередь резец оказывает давление на деталь, величина которого равна и противоположна по направлению силе, действующей на него.
Рис. 5. Силы действующие на резец.
Вертикальное усилие (со стороны резца) препятствует вращению детали и прогибает ее, радиальное усилие стремится прогнуть деталь поперечно, а усилие подачи образует продольный прогиб детали и стремится сдвинуть ее в осевом направлении.
В некоторых случаях одна из горизонтально действующих сил может отсутствовать.
Например, при подрезании торца втулки продольной подачей (рис. 5, б) отсутствует сила , при отрезании (рис. 5, в) нет силы . При обтачивании детали проходным упорным резцом незначительную величину имеет радиальное усилие . По этой причине такими резцами рекомендуется обтачивать нежесткие валы.
Посчитаем величину касательной составляющей силы резания Р Z при заданных условиях:
|
Обтачиваемая деталь — вал |
Лезвие инструмента |
Режим резания |
|||||||||||
|
Марка стали |
В , Н/мм 2 |
НВ |
материал |
геометрические элементы |
V м/мин |
s мм/об |
t мм |
||||||
|
о |
о |
о |
1 о |
о |
r мм |
||||||||
|
30ХГТ |
880 |
197 |
Т14К8 |
10 |
8 |
60 |
15 |
0 |
1,0 |
125 |
0,3 |
4,0 |
|
=
Для стали марки 30ХГТ постоянная =3000
х = 1,0;
у = 0,75;
n = — 0,15
Поправочный коэффициент =0,82
= 10*300****0,82 =1994 (Н)
2.1 График зависимостей касательной составляющей РZ
Влияние геометрических параметров резца на силу резания.
При увеличении главного угла в плане ц от до 5 сила уменьшается, от 5 до 6 сила Р Z минимальная, а затем она начинает расти.
При увеличении переднего угла г у нас уменьшается угол заострения и сила Р Z уменьшается. Угол наклона главной режущей кромки практически не влияет на величину силы Р Z , и лишь при л >3 сила Р Z начинает расти.
3. Периферийное фрезерование
Периферийное фрезерование — это процесс срезания верхнего слоя металла режущим инструментов по окружности фрезы. Такой вид фрезерования используется для получения сложных пазов, а также для осуществления силового фрезерования.
3.1 Геометрические элементы лезвия фрезы
Фреза является режущим многозубым (многолезвийным) инструментом, причем каждый зуб представляет собой простейший резец. На рис. 31 показаны элементы зуба фрезы.
Передняя поверхность 4 зуба фрезы 3 образует с вертикальной плоскостью 2 передний угол г ; задняя поверхность 5 зуба образует с обработанной поверхностью 7 заготовки задний угол б ; передняя поверхность 4 зуба образует с задней поверхностью 5 зуба угол заострения в. Угол резания д образован передней поверхностью 4 зуба с обработанной поверхностью 7 заготовки.
Режущая кромка 1 образована пересечением передней и задней поверхностей. Непосредственно к режущей кромке зуба фрезы примыкает узкая полоска-ленточка, так называемая фаска, шириной около 0,1 мм. Ленточка 6, или фаска, обеспечивает правильную заточку фрезы.
Наружный диаметр фрезы, размеры и форма впадины зуба для размещения и выхода стружки, высота и профиль зуба, количество зубьев или их шаг также являются элементами фрезы.
Выбор правильной величины режущих элементов фрезы является решающим средством для полунения наилучших результатов при фрезеровании. Совокупность геометрических размеров режущих углов, размеров и формы зубьев фрезы называют геометрией фрезы. Теорией и практикой установлен ряд условий, обеспечивающих правильный выбор геометрии фрезы, особенно в отношении режущих углов.
3.2 Элементы резания и срезаемого слоя
При фрезеровании имеет место вращательное движение фрезы — главное движение и поступательное движение заготовки — движение подачи. При этом фреза врезается в заготовку каждым зубом и срезает, таким образом, слой металла называемый припуском.
Скорость главного движения (скорость резания) — окружная скорость наиболее удаленных от оси фрезы точек режущих кромок. Определяется длиной дуги (в метрах), которую проходит за 1 мин наиболее удаленная от оси вращения точка главной режущей кромки и выражается формулой:
- где D — диаметр фрезы, мм;
- n — частота вращения фрезы, об/мин;
Чаще необходимо рассчитать частоту вращения фрезы, зная скорость резания:
При фрезеровании различают три вида подач: подача на один зуб, подача на один оборот и минутную подачу.
Подачей на зуб называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за время ее поворота на один зуб (или условный шаг).
Подачей на оборот называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой за один оборот фрезы.
Минутной подачей называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой за 1 минуту.
По аналогии с токарной обработкой при фрезеровании различают обрабатываемую поверхность, обработанную поверхность и поверхность резания.
Для всех видов фрезерования различают глубину и ширину фрезерования. Глубина резания (фрезерования) — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. Ширина фрезерования — ширина обработанной за один рабочий ход поверхности.
3.3 Фрезерование встречное и попутное
При фрезеровании цилиндрическими и дисковыми фрезами различают встречное фрезерование (фрезерование против подачи) и попутное фрезерование (фрезерование по подаче).
Встречным называется фрезерование, которое осуществляется при противоположных направлениях движения фрезы и обрабатываемой заготовки в месте их контакта.
Попутное фрезерование производится при совпадающих направлениях вращения фрезы и движения обрабатываемой заготовки в месте их контакта .
При встречном фрезеровании толщина среза изменяется от нуля при входе зуба до максимального значения при выходе зуба из контакта с обрабатываемой заготовкой. При попутном фрезеровании толщина среза изменяется от максимальной величины в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой до нуля при выходе. При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина среза нарастает плавно, следовательно, нагрузка на станок возрастает постепенно.
При попутном фрезеровании в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сказывается удар, так как именно в этот момент будет максимальная толщина среза. Поэтому попутное фрезерование можно производить на станках, обладающих достаточной жесткостью и виброустойчивостью, и главным образом при отсутствии зазора в сопряжении ходовой винт— маточная гайка продольной подачи стола.
Кроме того, при попутном фрезеровании заготовка прижимается к столу, а стол — к направляющим, что обеспечивает лучшее качество поверхности.
При попутном фрезеровании значение угла наклона главной режущей кромки будет положительным, при встречном — отрицательным (независимо от направления подъема винтовой канавки).
При прочих равных условиях стойкость фрезы при попутном фрезеровании выше, чем при встречном, кроме случаев работы по твердой корке. Недостатком встречного фрезерования является также стремление фрезы оторвать заготовку от поверхности стола.
Встречное фрезерование Достоинства:
- нагрузка на зуб увеличивается постепенно;
- возможность эффективной обработки деталей,содержащих корку;
- отсутствует зазор между винтом и гайкой привода подач станка.
Недостатки:
- возможен отрыв детали от поверхности стола станка ;
- повышенная шероховатость обработки;
- повышенный наклеп обработанной поверхности. Попутное фрезерование Достоинства:
- заготовка в процессе работы прижимается к поверхности стола станка;
- улучшение шероховатости обработки.
Недостатки: — повышенный износ винтовой пары привода подач станка из-за возможного разрыва контакта между винтом и гайкой.
3.4 Расчёт режима резания и основного времени
Фрезерование.
|
З а г о т о в к а — п л и т а |
Припуск, мм |
Шероховатость, R Z |
|||||||
|
материал |
марка |
В , Н/мм 2 |
НВ |
Размеры |
|||||
|
длина, мм |
ширина, мм |
высота, мм |
|||||||
|
сталь |
30ХГТ |
880 |
— |
300 |
65 |
25 |
1,5 |
20 |
|
При торцевом фрезеровании для достижения производительных режимов резания диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В, т. е. D = (1,25ч1,5)*В.
При обработке стальных заготовок обязательным является их несимметричное расположение относительно фрезы.
Для заготовок из конструкционных углеродистых и легированных сталей сдвиг производится в направлении врезания зуба фрезы, чем обеспечивается начало резания при малой толщине срезаемого слоя.
D = 1,4*65 = 91 (мм)
Выбираем диаметр фрезы по ГОСТ 09304 — 69 D=90мм
t = 1,5 мм
Скорость резания:
V= *
= 332; q = 0,2; Т = 180 мин; m = 0,2; t = 1,5 мм; x =0,1;
0,1 мм; y = 0,4; В = 65 мм; u = 0,2; z = 7; p = 0;
V = * 0,8 = 251 мм/мин
Сила резания:
* (Н)
=825; t = 1,5мм; x = 1,0; y = 0,75 n = 1,1; q = 1,3; n = 300 об/мин;
- w = 0,2; = 0,9.
* = 1259 (Н)
Крутящий момент на шпинделе:
(Н*м)
= 566 (Н*м)
Мощность резания (эффективная):
(кВт)
(кВт)
Основное время фрезерования:
T = = 1,4 мин = 84 сек
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/protsess-obrazovaniya-strujki/
1. Панов А. А. «Обработка материалов резанием»
2. Косиловой А. Г. «Справочник технолога-машиностроителя»
3. http://www.info.instrumentmr.ru/rezanie/rej_instrum.shtml
