Технологическая зависимость точности обработки от размерного износа режущего инструмента: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине ''Основы технологии машиностроения''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ по дисциплине «Основы технологии машиностроения» для студентов специальности 120100 «Технология машиностроения» очной и заочной форм обучения

Тюмень 2002

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменский государственный нефтегазовый университет

Составители:

доцент, к.т.н. Парфенов В.Д., доцент Шаходанов Ю.И.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

©«Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2002. 2

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Экспериментально определить зависимость размерного износа режущего инструмента от пути резания. 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9.

Ознакомление с теоретическими положениями по данному вопросу Ознакомление с лабораторным оборудованием, инструментом, оснасткой, аппаратурой, другими материалами Ознакомление с порядком и методикой проведения лабораторных исследовании Проведение эксперимента, получение экспериментальных данных Математическая, графическая или компьютерная обработка экспериментальных данных Анализ экспериментальных данных Формулирование выводов, предложений по проблематике работы Оформление отчета по лабораторной работе с представлением необходимой документации, выполненной с соблюдением требовании ЕСКД и ЕСТД Подготовка ответов на вопросы для самопроверки. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В теории резания уделяется большое внимание износу режущего инструмента, так как его величиной определяется период экономической стойкости инструмента. Определяется износ размерами лунки износа по передней грани или фаской износа h3 по задней грани в главном сечении II (рис.3.1). В настоящем разделе лабораторных работ рассматривается износ режущего инструмента с точки зрения точности механической обработки, т.е. тот износ, который непосредственно влияет на точность механической обработки, приводя к погрешностям формы и размера обрабатываемых деталей. Этот износ в технологии машиностроения назван размерным износом режущего инструмента и измеряется на вершине инструмента в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности в сечении II – II. Для более правильной характеристики износа и для упрощения расчетов точности механической обработки в технологии машиностроения размерный износ изучается в зависимости от пути, пройденного лезвием инструмента в металле (путь резания L в км). Умножая путь резания на подачу, можно легко получить площадь обработанной поверхности. 3

Рис.3.1. Размерный износ режущего инструмента Существует много прямых и косвенных методов измерения размерного износа инструмента. Наиболее точными являются прямые методы измерения, из которых наиболее простым является метод измерения уменьшения размера от вершины режущего лезвия инструмента до определенной базовой поверхности или точки на инструменте например, на оправке резца. Такое измерение можно проводить либо с помощью микроскопов, либо точными измерительными приборами (рис.3.2).

Рис.3.2. Приспособление для измерения размерного износа режущего инструмента: 1- индикатор; 2 – резец; 3 – упорный винт; 4 – упоры. 4

Рис. 3.3. График зависимости размерного износа U от пути резания L Размерный износ инструмента в процессе резания протекает неравномерно (рис. 3.3). В начальный период резания шенный начальный износ

Lнач

происходит повы-

Uнач. Далее наступает наиболее продолжительнормального износа Uнорм, характеризующийся

ный период (путь Lнорм) линейной зависимостью размерного износа от пути резания. Период интенсивного (катастрофического) износа приводит к разрушению режущего лезвия инструмента (на рисунке не показан). Период начального износа и его величина зависят в основном от качества заточки и доводки инструмента. При хорошей заточке и доводке период начального (повышенного) износа может совершенно отсутствовать. В этом случае размерный износ на всем пути резания до периода катастрофического износа будет равномерным. На участке нормального износа интенсивность износа характеризуется углом наклона линии износа к оси абсцисс. В этом периоде размерный износ зависит как от материала инструмента и обрабатываемого материала, так и от режима резания, геометрии режущего инструмента и СОЖ. Линейная зависимость U = f (L) на участке нормального износа дает возможность характеризовать интенсивность износа (при конкретных параметрах технологического процесса) определенным показателем — величиной относительного износа. Относительным износом называется размерный износ режущего инструмента (в мкм) на пути резания (в 1 км) в зоне нормального износа:

5

U0 = где:

U нор Lнор

Mи = tg α , ML

(3.1)

U0 — относительный износ в мкм/км; Uнор — размерный износ на участке нормального износа (в мкм); Lнор — путь резания на участке нормального износа в км; Mи — масштаб размерного износа в мкм/мм; МL — масштаб пути резания в км/мм.

Величина относительного износа наиболее полно характеризует размерную износостойкость режущего инструмента при конкретных условиях обработки. При технологических расчетах точности обработки, зная относительный размерный износ режущего инструмента, удельную площадь обрабатываемой поверхности F и подачу S можно определить погрешность обработки, обусловленную размерным износом, в том случае, когда инструмент работает в зоне нормального износа. Более сложно учитывается в расчетах точности обработки начальный размерный износ режущего инструмента тогда, когда обработка поверхности начинается вновь заточенным инструментом. Поэтому А. П. Соколовский предложил при расчетах учитывать начальный износ путем прибавления «дополнительного пути», величина которого зависит от качества заточки и доводки режущего инструмента. В этом случае несколько завышается величина размерного износа в начальный период работы резца (на величину ординат заштрихованной части графика), но значительно упрощаются технологические расчеты. При этом величина размерного износа определяется по формуле:

U = U0 ( L + LДОП ) где:

(3.2)

L — путь резания в км; LДОП — дополнительный путь в км.

Размерный износ режущего инструмента можно также определять и по формуле:

U = Uнач + U0L 6

(3.3)

где: Uнач — величина ординаты по рис. 3.4 в мкм. Относительный (удельный) износ U0 режущего инструмента в значительной мере зависит от материала режущего инструмента и режима резания, материала обрабатываемого изделия и жесткости технологической системы. Относительный износ резцов при растачивании жаропрочных материалов в 1,5—6 раз больше относительного износа резцов при наружном обтачивании тех же материалов, что объясняется менее благоприятными условиями резания при обработке отверстий. Изменение глубины резания незначительно влияет на относительный износ инструмента. Заметное влияние на относительный износ оказывает задний угол резца. С увеличением заднего угла с 8 до 15° относительный износ резцов Т15К6 при точении термообработанной стали 35ХМ со скоростью 2,3 м/с (140 м/мин) возрос с 13 до 17 мкм/км, т. е. на 30 %. Это объясняется ослаблением режущей кромки и ухудшением условий отвода теплоты. Размерный износ представляет практический интерес только при расчётах точности обработки, т.е. в условиях чистовой обработки. Поэтому в настоящей работе и изучается размерный износ резцов, при режимах резания чистовой обработки. 4. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И АППАРАТУРА 4.1. 4.2 4.3 4.4

Данная работа выполняется на токарно-винторезных станках модели 1К62, 1И611П (95TC – 1). Инструмент: Резец токарный проходной из быстрорежущей стали. Приспособления: Патрон токарный, центр вращающийся, резцедержатель. Индикатор ИЧ402 кл. 02 ГОСТ 577 – 68, Шц 250-0,1 ГОСТ 166-89, МК 50 –0,01 ГОСТ 6507-90. 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Специальные требования при работе на токарных станках. 5 1.

При закреплении детали в кулачковом патроне следует захватывать деталь кулачками на возможно большую величину. Не допускать чтобы после закрепления детали кулачки выступали из патрона за

7

5.2.

5.3. 5.4.

5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9.

пределы их наружного диаметра. Если кулачки выступают, установить специальное ограждение Во избежание травм из-за инструмента необходимо: а), включить сначала вращение шпинделя, а затем подачу, при этом обрабатываемую деталь следует привести во вращение до соприкосновения ее с резцом, врезание производить плавно, без ударов; б), перед остановкой станка сначала выключить подачу, отвести режущий инструмент от детали, а потом выключить вращение шпинделя. Следить за правильной установкой резца и не подкладывать под него разные куски металла, пользоваться подкладками, равными площади резца Резец следует зажимать с минимально возможным вылетом и не менее чем тремя болтами. Нужно иметь набор прокладок различной толщины, длиной и шириной не менее опорной части резца. Не следует пользоваться случайными прокладками. Не пользоваться зажимными патронами, если изношены рабочие плоскости кулачков. Обрабатываемую поверхность располагать как можно ближе к опорному и зажимному приспособлению. Не класть детали, инструмент и другие предметы на станину станка и крышку передней бабки. После закрепления детали в патроне вынуть торцовый ключ. Не тормозить вращение шпинделя нажимом руки на вращающиеся части станка или детали. 6. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Материалы, размеры, отклонения, режимы, регулировочные параметры, справочные данные - устанавливаются преподавателем. Экспериментальные результаты Параметр

Таблица 1

Время работы резца от начала опыта Т в мин. 0 2 5 10 20 40

Путь резания от начала опыта

L км. Размерный износ резца U в мкм. 8

Расчетные результаты

L2 L12 … Ln2

L L1 … Ln n

∑L i =1

Таблица 2

n

i

∑L

2

U U1 … Un n

∑L

i

i =1

i =1

i

LU L1U1 … LnUn n

∑LU i =1

i

i

Примечание: n – количество экспериментальных точек на участке нормального износа. 7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Методика проведения эксперимента. Экспериментально размерный износ можно определить, если последовательно следить за изменением расстояния от вершины резца до выбранной измерительной базы. При этом для исключения влияния температурных деформаций резца необходимо выдержать постоянство температуры резца при его измерениях. Поэтому перед измерением резца необходимо дать ему время на остывание или производить искусственное охлаждение его до температуры окружающей среды. Для измерения износа применяется специальное индикаторное приспособление. (рис. 3.2.) В результате проведения эксперимента будет получен график

U =Ф(L).

(7.1)

Обработка графика сводится к линейной аппроксимации функции

U=Ф(L)

на участке нормального износа, т.е. к определению ко-

эффициентов А0 и A1 в уравнении:

U = A0 +A1L

(7.2)

Обработка экспериментальных данных производится методом наименьших квадратов. Следует иметь в виду, что при этой обработке не принимаются во внимание точки графика, лежащие на участке начального износа.

9

Из уравнений: n

nA 0 + A1 ∑ U i

(7.3)

i =1

n

n

i =1

i =1

n

A0 ∑ L1 + A1 ∑ L = ∑ LiU i 2 i

i =1

(7.4)

определяются все данные, входящие в уравнение (1), необходимые для расчёта погрешности обработки от размерного износа режущего инструмента, так как

A0 U = A1; Lдоп = A 1

Работу следует выполнять в такой последовательности: 7.1. 7.2. 7.3.

7.4.

Установить и закрепить на токарном станке заготовку. Опустить резец в ванну с водой и охладить его в течении 5 мин. Установить резец в приспособлении так, чтобы базовые плоскости державки резца плотно прилегли к установочным поверхностям приспособления (рис. 3.2). Измерительная поверхность плоского наконечника индикатора должна касаться вершины резца (натяг индикатора 0,1 мм). При таком положении резца индикатор поставить на нуль и снять резец. Установить и закрепить резец в резцедержателе так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна оси станка, а боковая поверхность резца плотно прилегла к боковой поверхности резцедержателя.

ВНИМАНИЕ. Крепить резец болтами резцедержателя очень осторожно 5-10° поворота ключа после соприкосновения болтов с резцом. 7.5. 7.6.

Настроить станок на заданный режим резания. Пустить станок. Через 2 минуты после начала работы отвести резец от заготовки и выключить станок. Снять резец со станка, охладить, установить в приспособление и измерить величину размерного износа как разность двух показаний индикатора. Перед установкой и снятием резца измеренный наконечник индикатора должен быть отведен за пуговку.

10

7.7. 7.8.

Повторить указанные в п.6 приёмы для всех заданных в табл.1 интервалов времени. Подсчитать путь резания для всех интервалов времени

L= где 7.9.

VT 1000 ,

V – скорость резания в м/мин. Т – время работы резца от начала работы в мин. Нанести точки с координатами L, Ui на график U =Ф(L).

и обработать результаты экспериментов так, как указано выше, проведя все необходимые расчёты и составив таблицу 2. 7.10. Составить отчёт. 8. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЁТА 8.1. Титульник: Учреждения, названия, дисциплина, исполнитель, проверяющий, год 8.2. Введение: Проблема, цель, задачи 8.3. Теоретическая часть: Схема измерений, математический расчет и др. 8.4. Оборудование: Станок, приспособления, инструмент, мерители 8.5. Заготовки и детали: чертежи, сортамент, материал, технические требования 8.6. Режимы обработки: V, n, S, t, i,To, ТВСП, ТШТ 8.7. Результаты: Измерения, расчеты, графики, таблицы, формулы и др. 8.8. Анализ результатов: Сравнение с теорией, ожиданием, прогнозом 8.9. Выводы: Результат, качество, достоверность, факторы, рекомендации 8.10. Список литературы: Методическое указание, конспект лекций, учебники, справочники, каталоги и др. 8.11. Приложение: Карта эскизов, операционная карта 9. СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 9.1. 9.2. 9.3.

Какие факторы влияют на величину относительного износа? Какие из параметров режимов резания влияют в большей степени на величину размерного износа? Каким образом можно определить количество обрабатываемых заготовок в партии до следующей под настройки технологической системы, если условно принять, что на рассеяние размеров оказывает только размерный износ режущего инструмента? 11

10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1969.-358 с. 2.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. T.1/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова - 4-е изд., перераб. и доп. М.:Машиностроение, 1985.-656 с., ил. 3.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова - 4-е изд., перераб. и доп. М.:Машиностроение, 1985.-496 с., ил. 4.Общемашиностроительные нормативы режимов резания: 0-28 Справочник: в 2-х томах. А.Д. Локтев, И.Ф.Гущин, Б.И. Балашев и др. - М-: Машиностроение, 1991.- 304 с.: ил. 5.Маталин А.А. Технология машиностроения: учебник для машиностроительных вузов по специальности –«Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» - СПб.: Машиностроение, 1985, 496с., ил. 6.Малов А.Н. Справочник технолога-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1972, 586. 7.Технология технического контроля в машиностроении: Справочное пособие/Под общ.ред. В.Н.Чупырина. –М.: Издательство стандартов, 1990. -400с. 8.Справочник инструментальщика. И.А.Ординарцев, Г.В.Филипов, А.Н.Шевченко и др.; Под общ. Ред. И.А.Ординарцева. – СПб.: Машиностроение. СПб. Отд-ние, 1987. –846 с.: ил. 9.Марочник сталей и сплавов. В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г.Сорокина. –М.: Машиностоение, 1989. –640 с. 10.Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приспособлении: Справочник: В 2 т. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательство стандартов, 1989.

12

11. ПРИЛОЖЕНИЕ Относительный износ (мкм/км) резцов при чистовом точении Таблица 3 Материал Углеродистая Легированная Чугун, НВ режущего Серый чугун сталь сталь 375-400 инструмента 0,7-4 0,7-4 Т60К6 3-4 4-6 Т30К4 5-7 9-10 Т15К6 8 12-13 Т5К10 65 ВК9 17-25 13-14 ВК8 14 ВК6 25-30 ВК4 9-10 6 16 ВК3 4-26 12 ВК2 Примечание. Данные получены при следующих условиях: сталь углеродистая, σ В =500 ÷ 600 Мпа при скоростях резания 100-400 м/мин; сталь легированная, σ В =920 ÷ 1100 Мпа при скоростях резания 100-200 м/мин; серый чугун, НВ 187-207 при скоростях резания 50-150 м/мин; данные для закаленного чугуна с НВ 375-400 относятся к тонкому растачиванию. Допустимый размерный износ (мкм) инструмента при обработке партии заготовок Таблица 4 ВыдержиОбработка ваемый разчерновая чистовая тонкая однократная мер, мм

До 30 Св. 30 до 80 « 80 » 180 « 180 » 360 « 360 » 500

30-80 45-120

15 20

2 3

20 25

60-150 75-200 90-250

30 40 50

6 10 15

30 40 50

В достаточной степени обобщенных зависимостей размерного износа инструмента от указанных факторов пока нет. Поэтому часто, определяя размерный износ для обрабатываемой партии деталей, исходят из ориентировочных значений относительного износа или задаются допустимым для данного вида обработки размерным износом инструмента. Процессы резания сопровождаются износом режущего клина. Различают следующие виды износа (рис. 2, а-б). 13

Износ на передней поверхности (лункообразный износ) преобладает при обработке вязких материалов, больших скоростях резания, и съеме больших припусков; характеризуется глубиной hЛ, шириной с лунки износа и расстоянием её f Л от режущей кромки (рис. 2, а). Износ по задней поверхности преобладает при обработке хрупких материалов, вязких аустенитных сталей и сплавов с большим упругим последействием; характеризуется размером площадки износа hЗ (рис. 2. б ). Износ по передней и задней поверхностям одновременно наблюдается при обработке сталей, склонных к наклепу. Он характеризуется как размерами лунки на передней поверхности, так и размером площадки износа по задней поверхности. 1. Абразивный износ связан с удалением частиц режущего материала под действием высокотвердых включений, карбидов, а также частиц окисных пленок, возникающих под действием высоких давлений и температуры. Характеризуется истирающей способностью обрабатываемого материала. 2. Адгезионный износ связан с процессами схватывания (сваривания) отдельных микроучастков поверхностей инструмент – стружка под воздействием высоких давлений и температуры при непрерывном перемещении стружки по инструменту, благоприятствующем образованию зон сварки под давлением. Созданию таких зон способствует шероховатость поверхности инструмента. 3. Диффузионный износ связан с взаимной диффузией при высоких температурах и деформациях отдельных элементов обрабатываемого материала и инструмента (углерода, кобальта, вольфрама). 4. Окислительный износ возникает у инструментов из высокотеплостойких материалов и представляет собой «угорание» частиц режущего клина в примыкающих к контактной зоне его участках. На вспомогательных режущих кромках «угорание» начинается только при температуре 700-800 °С и выше (твердые сплавы), и поэтому окислительный износ для инструмента из инструментальных и быстрорежущих сталей можно не учитывать. б)

С

hЗ

fА

hЛ

а)

Рис.2. Виды износа режущего клина

14

«Технологическая зависимость точности обработки от размерного износа режущего инструмента» методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Основы технологии машиностроения» для студентов специальности 120100 «Технология машиностроения» очной и заочной форм обучения

Составители:

доцент, к.т.н. Парфенов В.Д., доцент Шаходанов Ю.И.

ЛР № 020520 от 23.04.92 г. Подписано к печати Заказ № Формат 60×84 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

Бум.писч. № 1 Уч.изд.л. Учс.печ.л. Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38 15