Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания

Рефераты по технологии » Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


Факультет заочного и вечернего обучения


Кафедра “Металлорежущие станки и инструменты”


Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания


Пояснительная записка


Курсовая работа

по дисциплине “ПФИ”


ТПЖА. 000000.595 ПЗ


Разработал студент __________ (98-ТМ-595) /Слобожанинов Ю.В./

(подпись)


Консультант __________ /Седельников А.И./

(подпись)


Нормоконтролер __________ /Седельников А.И./

(подпись)


Работа защищена с оценкой “__________” “___” ___________ 2001г.


Киров 2001

Реферат


Слобожанинов Ю. В. Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания: ТПЖА.ХХХХХХ.595-ПЗ; Курсовая работа / ВятГУ кафедра МРСИ; руководитель Седельников А. И. – Киров 2001. ПЗ 27 с. 17 рис. 1 таблица 1 приложение.


Физические основы процесса резания.

Расчет параметров режимов резания.

Геометрические параметры инструментов.


Цель работы: закрепление теоретических знаний; приобретение навыков работы со справочной литературой.

В первом разделе раскрыта физическая сущность процесса шлифование зубчатого колеса червячным кругом.

Во втором разделе назначены геометрические параметры режущего инструмента назначены параметры режимов резания для рассверливание и зенкерование.

В третьем разделе проведен сравнительный анализ двух операций по производительности энергозатратам и другим факторам.

Задание:


Вариант 4.


  1. Шлифование зубчатого колеса червячным кругом.

  2. Обработать отверстие диаметром d1 полученное после штамповки до диаметра d2 на глубину L. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах формообразования в серийном производстве: рассверливание и зенкерование.


Вар.

d1, Диам. заг., мм

d2 , Диам. дет., мм

L

Длина

отв., мм


Шерох.

Марка обраб. мат-ла

Механические свойства

Модель

станка







sв, Мпа

НВ
4 20 20,9 40

Rz 40

Сталь 40ХН 700 207 2А125

Содержание:


Введение 3

1. Анализ процесса формообразования поверхности.

1.1 Кинематическая схема обработки и методы формообразования поверхности. 4

1.2 Конструкция и геометрия инструмента. 5

1.3 Технологические и физические размеры сечения срезаемого слоя. 6

1.4 Типы стружек. 7

1.5 Усадка стружки. 8

1.6 Условия образования нароста. 9

1.7 Составляющие силы резания. 10

1.8 Температура резания. 12

1.9 Характер изнашивания и стойкость инструмента. 14

1.10 Качество обработанной поверхности. 16

1.11 Особенности процесса формообразования. 17


2 Назначение параметров режима резания

2.1 Кинематическая схема резания 18

2.2 Выбор инструментального материала и геометрии инструмента. 19

2.3 Обоснование последовательности назначения параметров режима резания. 22

2.4 Назначение глубины резания. 22

2.5 Назначение подачи. 22

2.6 Выбор критерия затупления и периода стойкости инструмента. 23

2.7 Расчет скорости резания. 23

2.8 Расчет составляющих силы резания. 24

2.9 Расчет машинного времени. 25


3. Сравнительная характеристика заданных операций. 26

Приложение А 27

Введение.


Одним из значимых факторов технического прогресса в машиностроении как и в других отраслях является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства – применение новых конструкционных материалов. Обработка этих материалов требует совершенствования существующих технологических процессов и создания новых методов основанных на совмещении механического теплового химического и электрического воздействия.

Обработка резанием является и на многие годы останется основным технологическим приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Трудоемкость механосборочного производства в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоемкость литейных ковочных и штампованных процессов взятых вместе. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Нужно также учитывать универсальность и гибкость обработки резанием обеспечивающие ее преимущество перед другими формообразованиями особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

Дисциплина “ПФИ” изучает основы резания металлов и включает в себя изучение геометрии инструментов виды инструментов физические основы процессов резания методы формообразования расчет параметров режимов резания.

1 Анализ процесса формообразования поверхности.


1.1 Кинематическая схема обработки и методы формообразования поверхности


Кинематическая схема шлифования зубчатого колеса червячным кругом представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1.


Рисунок 1.2. Схема образования поверхности:


1.2 Конструкция и геометрия инструмента.


Шлифовальный инструмент – режущий инструмент состоящий из зерен шлифовального материала сцементированных в одно целое тем или иным связующим веществом (связкой) применяемый для шлифования материалов.

Шлифовальный инструмент характеризуют: геометрическая форма и размеры материал связка зернистость твердость структура и концентрация зерна.

В качестве шлифовальных материалов применяют:

  1. природные – природный алмаз корунд кремень и др.;

  2. синтетические – синтетический алмаз кубический нитрид бора электрокорунд карбид кремния карбид бора и различные композиции из них.

Шлифующие материалы должны обладать химической инертностью к обрабатываемому материалу при высокой температуре развивающейся в зоне шлифования. В отдельных случаях это условие не выполняется.

Для зубошлифования рекомендуется использовать круги из белого электрокорунда (24А) классов АА и А которые имеют меньшие отклонения геометрической формы а также большую равномерность твердости и меньший дисбаланс.

Рисунок 1.3. Схема рабочего слоя шлифовального круга.


Режущая часть шлифовального круга изображенная на рисунке 1.3 характеризуется следующими понятиями.

Наружная поверхность 1 - поверхность геометрически правильной формы проведенная через вершины наиболее выступающих зерен. Поверхность связки 2 – поверхность геометрически правильной формы заменяющая фактическую поверхность связки в межзерновом пространстве. Рабочий слой – слой расположенный между наружной поверхностью круга и поверхностью связки. Рабочая поверхность – любая поверхность круга геометрически правильной формы расположенная на одинаковых расстояниях от наружной его поверхности в пределах рабочего слоя.

Рабочая поверхность круга состоит из отдельных зерен расположенных в случайном порядке как изображено на рисунке и не имеет сплошной режущей поверхности. Съем металла производится наиболее выступающими кромками зерен.

Абразивное зерно в отличии от резца не имеет определенной формы и его геометрические параметры колеблются довольно значительно в зависимости от зернистости например при зернистости 40 (размер зерна 400мкм) средний радиус скругления ρ колеблется от 6 3 до 100 мкм а при зернистости от 2 8 до 56 мкм.

Работа абразивного зерна зависит также от формы и размера срезаемого металла в первую очередь от толщины среза.


1.3 Технологические и физические размеры сечения срезаемого слоя.


Под срезом понимается толщина слоя снимаемая одним шлифующим зерном – расстояние между поверхностями резания образованными двумя последовательными положениями вершины зерна измеренное по нормали к поверхности резания.

Толщины среза зависит от величины подачи на глубину зернистости абразива упругих деформаций снимаемого материала количества режущих зерен приходящихся на единицу рабочей поверхности круга и др.

Рисунок 1.4. Направление измерения толщины снимаемого слоя одним зерном.


Когда поверхностью резания является поверхность образованная семейством винтовых гипоциклических кривых толщиной среза будет отрезок С1С2. Если траекторию резания зерном принять за окружность то поверхностью резания будет цилиндрическая поверхность нормалью к каждой точке которой будет радиус и в направлении этого радиуса следует измерять толщину среза СС1. В связи с тем что окружная скорость круга во много раз больше продольной подачи С1С2.практически не отличается от СС1.

От толщины слоя снимаемого одним шлифующим зерном зависят: затупление зерен сила резания развиваемая одним зерном шероховатость шлифованной поверхности мгновенная температура в зоне работы зерна и др.

Беспорядочное расположение шлифующих зерен на рабочей поверхности круга обеспечивает различную конфигурацию и размеры срезов снимаемых отдельными зернами.

Для определения толщины среза az применяют следующую обобщенную формулу справедливую для основных методов шлифования:

где коэффициент α имеет следующие значения: 1 – для наружного круглого шлифования; -1 – для внутреннего шлифования; 0 – для плоского шлифования периферией круга. В заданном случае α = 1.

υД – скорость движения детали;

υкр – скорость вращения круга;

tф – фактическая глубина резания

lф – фактическое среднее расстояние между шлифующими зернами.

D – диаметр шлифовального круга;

d – диаметр детали;

В – фактическая ширина шлифуемой поверхности;

s – продольная подача

Из формулы следует что толщина слоя снимаемая одним шлифующим зерном а следовательно и нагрузка на каждое зерно зависят от всех параметров шлифования. Увеличению υД tф lф и s соответствует увеличению az но увеличению υкр соответствует снижение az. Продольная подача значительно влияет на толщину слоя снимаемого одним абразивным зерном причем степень влияния υД и s на az близки между собой. Экспериментальное исследование процесса шлифования показывает что величины υД s t значительно влияют и на процесс шлифования – шероховатость шлифованной поверхности стойкость круга силу резания и температуру резания. Влияние круга и детали является сложным. Уменьшение диаметра круга при υкр – const мало влияет на az.


1.4 Типы стружек.


Стружка - это деформированный и отделенный в результате обработки резанием поверхностный слой материала заготовки.

При шлифовании наиболее типичными являются три формы снимаемых слоев – стружке: ленточные запятообразные и сегментообразные (рис. 1.5). Наиболее часто встречается ленточная стружка толщина которой на участках 1 2 3 4 постепенно возрастает (рис 1.5 а). Реже встречается запятообразная стружка которая при черновой обработке деталей из вязких сталей может достигнуть значительных размеров (рис 1.5 б). При определенных условиях резания зерном может возникнуть сегментообразная стружка с наибольшей толщиной примерно в средней ее части (рис 1.5 в).

Рисунок 1.5. Типы стружки снимаемые при шлифовании.


В реальном процессе шлифования основная масса снимаемых слоев будет иметь самую различную промежуточную форму.

Стружка снимаемая в процессе шлифования располагается в порах между шлифующими зернами и по выходе из зоны контакта с деталью выбрасывается наружу. При достаточно большом сечении стружки но недостаточных размерах пор между шлифующими зернами стружка может быть настолько вдавлена в промежутки между зернами что для ее отделения сила развиваемая струей охлаждающей жидкости может оказаться недостаточной. Отходы образующиеся при шлифовании кроме стружки содержит также истертую в порошок связку и мельчайшие частицы шлифующего зерна.


1.5 Усадка стружки.


В результате деформации срезаемого металла обычно оказывается что длинна срезанной стружки короче пути пройденного резцом.

Это явление профессор И. А. Тиме назвал усадкой стружки. При укорочении стружки размеры ее поперечного сечения изменяются по сравнению с размерами поперечного сечения срезаемого слоя металла. Толщина стружки оказывается больше толщины срезаемого слоя а ширина стружки примерно соответствует ширине среза.

Чем больше деформация срезаемого слоя тем больше отличается длинна стружки от длины пути пройденного резцом.

Усадку стружки можно характеризовать коэффициентом усадки I представляющим собой отношение длины пути резца L к длине стружки l:

.

На коэффициент усадки стружки основное влияние оказывают род и механические свойства материалов обрабатываемой детали передний угол инструмента толщина срезаемого слоя скорость резания и применяемая смазочно-охлаждающая жидкость.

При обработке вязких металлов усадка более значительна. При обработке хрупких дающих стружку надлома усадка почти отсутствует так как срезаемый слой деформируется незначительно и коэффициент усадки в этом случае близок к единице.

С уменьшением угла резания увеличением толщины среза и при больших скоростях резания уменьшаются деформация срезаемого слоя и усадка стружки. Смазочно-охлаждающая жидкости (СОЖ) снижающие величину коэффициента трения уменьшают коэффициент усадки стружки причем эффект от влияния жидкости тем сильнее чем меньше толщина срезаемого слоя и скорость резания.

В заданном случае усадка будет иметь среднее значение так как обработка происходит на больших скоростях с очень малыми толщинами срезаемого слоя.

Снизить усадку можно применением СОЖ.


1.6 Условия образования нароста.


При резании металлов контактный слой стружки притормаживает передней поверхностью и образуется заторможенный слой. В определенных условиях силы трения и адгезии становятся больше силы внутреннего сцепления контактного слоя с основной массой стружки произойдет остановка контактного слоя и следующий слой стружки будет двигаться по нему. Из-за химического сродства происходит еще большее торможение в результате чего образуется нарост.

Нарост обладает особыми свойствами. Он имеет неоднородную структуру существенно отличающуюся от структуры обрабатываемого материала и материала режущего инструмента. Тонкие слои нароста состоят из сильно деформированных раздробленных зерен металла с плохо выраженной текстурой. Нарост может иметь разную форму и размеры. На рисунке 1.5 изображена геометрия нароста:

Рисунок 1.6. Геометрия нароста.


Положительные стороны нароста:

  1. обеспечивается процесс резания из-за увеличения угла γ;

  2. нарост защищает переднюю и заднюю поверхности от износа.

Отрицательные стороны:

  1. колебания геометрии и силы резания из-за нестабильной вершины что не благоприятно влияет на шероховатость;

  2. вершина срывается и попадает на обработанную поверхность снижает ее точность и качество.

Таким образом нарост является положительным фактором при черновой обработке и отрицательной при чистовой.

Для ликвидации нароста следует снижать шероховатость поверхности инструмента применять соответствующие условиям обработки смазочно-охлаждающие жидкости и подбирать оптимальные режимы резания.

В данном процессе шлифования нарост не образуется.


1.7 Составляющие силы резания.


Силы резания при шлифовании являются результатом взаимодействия рабочей поверхности шлифовального инструмента с обрабатываемой деталью. В результате такого взаимодействия режущие элементы шлифующих зерен снимают мельчайшие стружки и поэтому силы развиваемые отдельными зернами являются незначительными по своей величине. Однако вследствие массового микрорезания большим количеством одновременно работающих зерен суммарные силы резания могут достигать значительных величин.

При шлифовании различают силы резания: шлифовальным кругом (суммарную) (рис. 1.8) и одним шлифующим зубом (рис. 1.7).

Схема микрорезания при поступательном перемещении царапающего элемента имеющего округленную вершину радиуса ρ на который действует внешняя сила Р:

Рисунок 1.7. Система сил при микрорезании.


Разлагая силу Р на составляющие Pz и Py устанавливаем что сила Pz срезает стружку а сила Py прижимает царапающий элемент к обрабатываемой поверхности. На переднюю поверхность царапающего элемента действуют элементарные нормальные силы (N1 N2 … Nn) и элементарные реактивные силы трения (T1 T2 … Tn).


Рисунок 1.8. Сила резания Р при шлифовании.


Суммарная сила резания Р шлифовальным кругом считается составленной из сил: нормальной или радиальной Py тангенциальной Pz и подачи Px (рис. 1.8).

Результаты полученные при исследовании динамики шлифования используются для расчетов связанных с определением точности обработки мощности станков необходимой жесткости технологической системы СПИД для аналитического определения интенсивности теплообразования в зоне шлифования и температурного поля в шлифуемой детали и других технологических решений.

Исследования позволили установить закономерность изменения силы резания в процессе шлифования. Такая закономерность для силы Р при работе крега с затуплением может характеризоваться кривой АБВГ (рис. 1.9).

Рисунок 1.9. Изменение величины силы резания в процессе шлифования.

1 – с затуплением круга; 2 – с самозатачиванием круга.


Как видно из рисунка силы резания заметно меньше у шлифовальных кругов с самозатачиванием.

При врезании с постоянной или ускоренной подачей происходит достаточно интенсивное возрастание силы и мощи резания (участок АБ). Интенсивность увеличения силы резания на этом этапе зависит в основном от режима шлифования и жесткости технологической системы СПИД. Такой рост сил по мере продолжительности шлифования первоначально объяснили только изменением состояния рабочей поверхности круга в основном износом шлифующих зерен и увеличением сил трения связки круга вследствие выкрашивания невыгодно ориентированных и слабо удерживаемых на поверхности зерен. Более поздние исследования показали что этот этап характеризуется неустановившимся режимом съема металла когда фактическая глубина резания непрерывно возрастает по мере увеличения натяга в системе СПИД.

Страницы: 1 2 3