Вариант 7. Материаловедение - Контрольная работа

Выполнение контрольной работы и контрольных вопросов

Вариант 7

_

Полное задание в демо файле,

часть для поиска ниже:

2.6. Порядок выполнения расчетной части работы

1. В соответствии со своим вариантом выбрать задание со статистическими данными.

2. Определите значения показателей P*(t), f *(t), λ* (t) для каждого интервала времени. Результаты сведите в таблицу (см. пример в табл.2.2).

3. Определите значение средней наработки до отказа *0T.

4. На основании результатов расчета постройте зависимости параметров P*, f * и λ* от времени (см. примеры на рис. 2.1 и 2.2).

5. На основании анализа полученных зависимостей сделайте выводы о надежности рассматриваемых объектов.

Контрольные вопросы

1. На какие категории делятся понятия надежности?

2. Какие понятия надежности относятся к категории общих?

3. В каких состояниях могут находиться объекты?

4. Сформулируйте понятия, относящиеся к техническому обслуживанию и ремонту.

5. Сформулируйте понятия дефекта, повреждения, отказа.

6. Перечислите временны́е понятия надежности?

44

7. Чем отличаются единичные и комплексные показатели надежности?

8. Перечислите единичные и комплексные показатели надежности.

9. Перечислите показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов.

3. ХОЛОДНАЯ ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА

3.1 Общие сведения

Штамповка представляет собой процесс деформации металла в полости штампа, форма и размеры которой полностью определяют конфигурацию изготовляемой поковки.

Холодная штамповка широко применяется в автопромышленности, приборостроении, электромашиностроении и в производстве изделий широкого потребления. Одной из разновидностей холодной штамповки является листовая штамповка. Это прогрессивный и высокопроизводительный способ получения деталей сложной формы с тонкими стенками; обычно её осуществляют в холодном состоянии.

При листовой штамповке изделия имеют высокую точность и хорошее качество поверхности. В большинстве случаев холодноштампованные изделия не подвергают механической обработке, и они поступают на сборку в готовом виде. Преимуществами листовой штамповки являются высокий коэффициент использования металла и широкие возможности по механизации и автоматизации процесса. К недостаткам можно отнести низкую стойкость инструмента из-за больших нагрузок.

Исходным материалом при листовой штамповке являются листы, ленты и полосы из горячекатаной тонколистовой (толщиной до 4 мм) конструкционной стали обыкновенного качества (Ст1....Ст7) и холоднокатаной тонколистовой качественной конструкционной стали (Сталь 08кп, Сталь I0кп, Сталь I5кп, Сталь 20кп, Сталь 10, Сталь 20, Сталь 30, Сталь 40, Сталь 50), листы стали для автомобильных кузовов, а также ленты и полосы из меди, латуни, дюралюминия, титана и т. д. При этом листы из стали имеют ширину от 1000 до 5000 мм и толщину от 0,5 до 4 мм, а полосы имеют ширину от 500 до 2500 мм с толщиной от 0,05 до 3,6 мм.

Операции листовой штамповки можно разделить на две группы:

– разделительные операции, в результате которых происходит отделение одной части заготовки от другой (отрезка, вырубка, пробивка и др.);

– формоизменяющие операции, в результате которых путем пластической деформации заготовки получают изделия пространственной формы (гибка, вытяжка с утонением и без утонения стенки, формовка и др.).

3.1. Разделительные операции холодной листовой штамповки

Разделительные операции проводят на механических ножницах различных типов или на штампах, установленных на различные виды прессов.

45

Отрезка – операция полного отделения части заготовки по незамкнутому контуру (разрезание листов на ленты, разделение полос и лент на мерные части, обрезка припуска и т. д.).

Резка ножницами не позволяет получать любые контуры заготовки и обычно сминает ее края. Поэтому для получения фасонных листовых заготовок чаще применяют вырубку по контуру в штампах или пробивку; вырубкой получают наружный контур заготовки, а пробивкой ― внутренний.

Вырубка – оформление наружного контура деталей осуществляется по замкнутому контуру, где отделяемая часть является готовым изделием (рис.3.1). При вырубке наружные части листовой заготовки идут в отходы. В целях уменьшения отходов и повышения выхода годного материала увеличивают число рядов на заготовке, применяя шахматное или диагональное расположение рядов вырубаемых заготовок.

Пробивка – образование отверстий в листовом материале осуществляется также по замкнутому контуру, но отделяемая часть металла идет в отход (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема операций вырубки (пробивки): 1 – пуансон; 2 – заготовка (полоса, лента); 3 – матрица; 4 – готовое изделие (отход); 5 – прижим со съемником; S – толщина заготовки; Р – сила действия пуансона

Штамп для вырубки и пробивки состоит из пуансона и матрицы, конфигурация которых соответствует конфигурации детали, а также из вспомогательных деталей для фиксации положения заготовки. Пуансон 1 при движении вниз краями рабочего контура срезает часть заготовки 2. Готовое изделие 4, или отход, проталкивается пуансоном в отверстие матрицы 3 и проваливается вниз, а оставшаяся часть заготовки при обратном движении пуансона вверх упирается в съемник 5 и снимается с пуансона.

Усилие, необходимое на вырубку и пробивку, зависит от толщины заготовки и его механических свойств, от размеров детали, величины зазора и состояния режущих кромок.

46

Рабочие кромки пуансона и матрицы должны быть острыми. Для нормального протекания процесса вырубки между матрицей и пуансоном должен быть зазор Z, определяемый из соотношения Z = k·S,

где S – толщина листа;

k – коэффициент равный 0,05 – 0,08.

3.2 Формоизменяющие операции холодной листовой штамповки

Гибка – придание заготовке необходимой кривизны без изменения ее линейных размеров.

Различают гибку одно-, двух-, четырех- и многоугловую. Большинство гнутых деталей может быть выполнено с помощью двух приемов гибки:

V-образная гибка в тупой угол (одноугловая, рис. 3.2, а) и U-образная гибка в прямой угол (двухугловая, рис. 3, б). Чем больше радиус угла, тем легче протекает процесс гибки, меньше опасности появления трещин и меньше искажений формы изделия.

При гибке в месте изгиба слои заготовки, прилегающие к пуансону, сжимаются, а противоположные – растягиваются, средний слой не деформируется (рис. 3.2). Толщина заготовки в зоне изгиба уменьшается.

а б

Рис. 3.2. Схемы операции гибки: а – одноугловая; б – двухугловая;

1 – пуансон; 2 – заготовка; 3 – матрица

Вытяжка – наиболее сложная операция холодной листовой штамповки, при которой плоская листовая заготовка превращается в полое тело (колпачок, гильзу, стакан и т. п.). По характеру деформации металла вытяжку различают без утонения и с утонением стенки изделия.

Вытяжка без утонения стенки (рис.3.3, а) выполняется в вытяжном штампе, у которого зазор Z между пуансоном 3 и матрицей 1 на 5-10 % больше толщины заготовки. Радиусы закругления рабочей грани матрицы и пуансона (rм и rп) обеспечивают плавность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий плоская часть заготовки

47

(фланец) может свертываться с образованием складок. Для предотвращения образования складок применяют прижимы 2. За один проход при вытяжке можно получить колпачок с отношением его внутреннего диаметра к диаметру исходной листовой заготовки до 0,55 при относительно небольшой высоте колпачка, так как при увеличении глубины вытяжки возможно нарушение целостности металла. Поэтому в зависимости от соотношения высоты и диаметра получаемой детали, а также от относительной толщины заготовки вытяжка осуществляется за один или несколько переходов.

При вытяжке заготовки без утонения стенки изменением толщины металла в зонах закруглений можно пренебречь. Зазор между пуансоном и матрицей при вытяжке в среднем должен быть на 10 % больше толщины листа, т. е. Z = 1,1 S, а радиус скругления матрицы rм = (5―10) S.

а б

Рис. 3.3. Схемы операций вытяжки:

а – вытяжка без утонения стенки; б – вытяжка с утонением стенки

1 – матрица; 2 – заготовка; 3 – пуансон; 4 – прижим; 5 – изделие;

S – толщина материала; d – диаметр пуансона; rп – радиус закругления пуансона; rм – радиус скругления матрицы; Z – величина одностороннего зазора между пуансоном и матрицей

При вытяжке с утонением стенок заготовки (рис. 3.3, б) зазор Z между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины листа. Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30-35 % начальной толщины листа S, поэтому Z = (0,85 – 0,65) S. Матрица 2 имеет форму деформирующего конуса с углом 10-24°. Заготовка утоняется (S1 < S) и удлиняется, при этом толщина дна остается неизменной. Степень деформации может составлять 40-60 %.

Отбортовка (рис. 3.4, а) – процесс образования борта (горловины) вокруг предварительно пробитых отверстий в листовой заготовке.

При отбортовке отверстия металл в зоне деформации растягивается и утоняется. Отбортовку применяют для образования выступов под резьбу, для изготовления кольцевых деталей с фланцами и т. п.

48

Обжим (рис. 3.4, б) – операция уменьшения периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающееся отверстие матрицы. В месте деформации толщина стенки изделия несколько увеличивается.

а б в

Рис. 3.4. Схемы операций холодной листовой штамповки:

а – отбортовка; б – обжим; в – формовка;

1 – изделие; 2 – исходный контур заготовки; 3 – пуансон;

4 – матрица; 5 – подставка-упор; 6 – резиновая подушка;

S – толщина заготовки; h – высота борта; rп – радиус закругления пуансона;

rм – радиус закругления матрицы; d0 – диаметр отверстия; dБ – диаметр борта;

D – диаметр матрицы (наружный диаметр борта)

Формовка (рис. 3.4, в) – операция, изменяющая форму заготовки посредством деформации отдельных участков заготовки без изменения толщины материала. Формовкой получают на заготовке местные выступы, ребра жесткости. Иногда при формовке вместо металлического пуансона применяют резиновую подушку.

3.3 Оборудование и инструмент для холодной листовой штамповки

Основным оборудованием для холодной листовой штамповки являются машины для резки – ножницы, а также гидравлические и кривошипные прессы.

Отрезка (резка) листового материала производится ножницами с параллельными и наклонными ножами, дисковыми ножницами, штампами с параллельными и наклонными режущими кромками.

Ножницы – это специальные машины для разделительных операций. Существует два основных типа ножниц:

1) гильотинные, с поступательным движением ножниц (рис. 3.5, а);

2) дисковые, с вращательным движением дисковых ножей (рис. 3.5, б).

Усилие резки определяется произведением площади среза на сопротивление сдвигу. При резке на ножницах с параллельными ножами.

49

Р = k · L · S · σср, (3.1)

где Р – усилие резки, Н;

L – ширина полосы или листа, мм;

S – толщина материала, мм;

σср – сопротивление срезу, МПа;

k = 1,1-1,3 – коэффициент, устанавливающий притупление режущи кромок ножа, неравномерность толщины и механических свойств материала. При выборе оборудования следует принимать k = 1,3.

При резке на ножницах с наклонными ножами 𝑃𝑃=𝑘𝑘∙𝑆𝑆2∙𝜎𝜎ср2𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡, (3.2)

где α – угол створа ножниц, град (рис. 3.5).

На практике угол α назначают в зависимости от толщины S материала в следующих пределах: α = 2-4º при S =1-10 мм и α = 4-6º при S = 10-42 мм.

а

б

Рис. 3.5. Схемы работы ножниц: а ― гильотинные ножницы; б ― дисковые ножницы с параллельными ножами; L ― длина линии отреза, мм; α ― угол скоса верхнего ножа; S ― толщина материала, мм; z ― зазор между ножами

Сопротивление срезу приближенно можно определить по формуле

50

σср = 0,8 σв (3.3)

Величина σср для некоторых материалов приведена в табл. 3.1.

Прессы для листовой штамповки. По принципу действия прессы разделяют на механические, гидравлические, электромагнитные и пневматические.

Лучшими считаются гидравлические прессы, которые проводят штамповку с постоянной скоростью и при работе на них не возникает опасности перегрузки, как это бывает на кривошипных прессах.

На практике для холодной листовой штамповки из механических прессов наиболее часто применяют кривошипные прессы. По своей конструкции они очень разнообразны, что объясняется особенностями производимых на них операций. Например, для операций вырубки и пробивки применяют прессы простого действия с небольшим ходом ползуна. Для получения сложных деталей применяют специальные прессы двойного и тройного действия.

Кинематическая схема кривошипного пресса приведена на рис. 3.6. Электродвигатель 4 передает вращение с помощью клиноременной передачи 3, вала 5, зубчатых колес 6 и 7, фрикционной дисковой муфты 8 на кривошипный вал 9. Посредством шатуна 10 вращение вала 9 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 1. Для остановки вращения кривошипного вала после выключения муфты используется тормоз 2.

Рис. 3.6. Кинематическая схема кривошипного пресса

Листовой материал штампуют за одну или за несколько последовательных операций.

Рабочим инструментом для холодной листовой штамповки служат штампы. По принципу действия все штампы можно разбить на три группы:

1) штампы простого действия или однооперационные;

2) штампы последовательного действия;

3) штампы совмещенного действия.

51

В штампе простого действия за один ход ползуна выполняется одна операция. Пуансон и матрица этих штампов имеют форму в зависимости от конструкции деталей и выполняемой операции. По виду штамповочной операции различают штампы гибочные, вырубные и т. д.

Штампы последовательного действия за один ход выполняют несколько операций листовой штамповки при последовательном перемещении заготовки от одной позиции штампа к следующей позиции.

В приведенной на рис. 3.7 схеме штампа последовательного действия имеются два пуансона и две матрицы. С помощью штампа изготавливаются изделия типа шайбы. Пуансон 2 делает пробивку отверстия в заготовке 3, а пуансон 1 – вырубку готового изделия. Перед вырубкой ловитель 6 центрирует заготовку. После подъема пуансона заготовка перемещается на шаг t.

Рис. 3.7. Схема штампа последовательного действия:

1 – пуансон вырубки; 2 – пуансон пробивки; 3 – заготовка (полоса, лента);

4 – матрица пробивки; 5 – матрица вырубки; 6 – ловитель; 7– пуансонодержатель; Р – прилагаемое усилие пуансонов; t – шаг перемещения заготовки

В отличие от штампа последовательного действия, все операции над заготовкой в штампе совмещенного действия (рис. 3.8) протекают без ее перемещения. В данном штампе пуансон-матрица 4 совместно с пуансоном 1 исполняет роль матрицы при пробивке отверстия в заготовке 3, а совместно с матрицей 2 – роль пуансона, выполняя операцию вырубки изделия 5.

К достоинствам штампа совмещенного действия относится обеспечение высокой точности изделий из-за отсутствия перемещений

52

заготовки. Общее усилие пресса также равно сумме усилий выполняемых операций.

Рис. 3.8. Принципиальная схема штампа совмещенного действия:

1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – заготовка (полоса, лента);

4 – пуансон-матрица; 5 – изделие

3.4. Технологический процесс листовой штамповки

Выбор рационального технологического процесса листовой штамповки зависит от числа изготовляемых деталей (серийности), формы детали, заданной точности изготовления и качества поверхности.

При мелкосерийном производстве деталей экономически целесообразно применять универсальные штампы простого действия со сменными пуансонами и матрицами, а при крупносерийном – сложные комбинированные штампы, обеспечивающие высокую производительность.

В общем случае при изготовлении любых деталей технологический процесс состоит из следующих операций:

1) подготовка материала;

2) получение заготовок (резкой, вырубкой по контуру, пробивкой);

3) формоизменение заготовок (гибкой, вытяжкой, формовкой и т. д.);

4) термическая обработка (перед штамповкой, если структура и механические свойства металла неудовлетворительны; для снятия наклепа после нескольких операций формоизменения; после окончания штамповки (для получения заданной структуры и свойств металла);

5) отделка (калибровка, галтовка для удаления заусениц, травление, промывка, полирование, нанесение покрытий и т. д.)

Для получения заготовок на соответствующем оборудовании после очистки и смазки исходного материала производят его разделку при помощи операций разделения: резки, вырубки по контуру, пробивки. Полученная заготовка подвергается штамповке. При необходимости между операциями

53

штамповки осуществляется термическая обработка (как правило, отжиг) и контроль качества выполнения операций.

Для уменьшения трения между заготовкой и рабочей поверхностью вытяжного штампа, а также для облегчения съема или выталкивания детали из штампа применяют смазку заготовки и инструмента. В штамповочном производстве в качестве смазок применяют мыльную воду, машинное и сурепное мыло, технический вазелин, тальк и т. д.

Для получения штамповок с заданными размерами и шероховатостью поверхности их подвергают отделке: калибровке, чеканке, галтовке, травлению, промывке, удалению смазки, полировке и т. д.

Эффективность получения изделий листовой штамповкой характеризуется главным образом коэффициентом использования материала Ким при раскрое, который определяют по формуле

или 1, им≤=BLnFК %, 001 имBLnFК= (3.4) где n – число деталей (заготовок), получаемых из исходной полосы или

ленты;

F – площадь детали (заготовки);

В и L – ширина и длина исходной полосы или ленты.

Коэффициент использования материала при раскрое во многом зависит от формы детали (заготовки) и способа раскроя. При раскрое с отходами Ким = 75–80 %, при безотходном раскрое коэффициент Ким близок к 100 %.

Однако этот коэффициент не учитывает потери металла на обрезку припусков после вытяжки или формовки, в окалину после термической обработки и т. д. Поэтому общий коэффициент использования материала Ким несколько меньше коэффициента использования материала при раскрое.

3.5. Расчет усилия при вырубке и пробивке

На деформирование заготовок с помощью различных операций холодной листовой штамповки затрачиваются определенные усилия, по величине которых выбирается соответствующее оборудование.

Усилие для вырубки или пробивки определяется по формуле

Рв (п) = 1,25 π d S σср (для круглого контура); (3.5) Рв (п) = 1,25 Lср S σср (для прямолинейного контура), (3.6)

где 1,25 – коэффициент, учитывающий затупление режущих кромок пуансона и матрицы;

Рв – усилие на вырубку (пробивку), Н;

Lср – величина периметра резания, м;

S – толщина материала, м;

σср – сопротивление материала срезу при вырубке, Па (Н/м2) (табл.3.1).

3.6. Порядок выполнения работы и содержание отчета

1. Изучить теоретическую часть работы и подготовить ответы на контрольные вопросы.

54

2. На основании данных индивидуального задания (табл. 3.2) выбрать оборудование для осуществления операций холодной листовой штамповки для заданного варианта детали и определить усилие ее вырубки и пробивки по формулам (3.5, 3.6).

3. Выбрать пресс открытого или закрытого действия по номинальному усилию, для этого принять ближайшее большее значение к расчетному значению из представленных в таблице значений:

Номинальное усилие однокривошипных прессов простого действия, кН

открытых

25, 40, 63, 100, 160, 250, 400

закрытых

1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000

4. Рассчитать коэффициент использования материала Ким по данным варианта индивидуального задания.

5. Определить усилие резки полосы на ножницах с параллельными и наклонными ножами для представленных в табл. 3.2 данных (B и S) полосы.

6. Выполнить в табл. 3.3 эскиз штамповки по варианту задания со всеми размерами.

7. Результаты расчетов занести в табл. 3.3.

Таблица 3.1 Величина сопротивления срезу σср различных материалов при вырубке

Металлы и их сплавы

σср, МПа

(металл мягкий,

Неметаллические

материалы

σср, МПа

Ст3

330―400

Фибра обыкновенная

120

Ст5

430―530

Фибра твердая

170

Сталь 08

280

Бумага обыкновенная

20―30

Сталь 20

360

Бумага твердая

25―40

Сталь 25

390

Картон

30―60

Сталь 35

460

Кожа

40―50

Сталь 45

520

Стеклотекстолит

120―150

Нержавеющая сталь

марок 12X13, 30X13

340―430

Пресс-шпон

70―80

Медь М1, М2, М3

180

Резина

6―10

Латунь Лб2, Л68

260

Полиэтилен

30―40

Алюминий А2, А3

70

Органическое стекло

70―90

Дюралюмин Д1, Д16

140―200

Винипласт

60―80

1МПа = 106Н/м2

55

Таблица 3.2. Варианты индивидуальных заданий для определения усилий вырубки и пробивки

Номер

вари-анта

Эскиз штамповки

Параметры штамповки

Материал

а,

мм

в,

мм

d1,

мм

d2,

мм

Габариты

ВхS*, мм

1

Сталь 08

50

20

3

5

30х4

2

Стеклотекс-толит

10

6

80

-

100х10

3

Полиэтилен

-

-

45

20

50х5

4

Бумага

твердая

тверд.

40

40

18

-

50х5

5

Дуралюмин

-

-

60

8

65х5

6

Картон

70

40

4

6

45х6

56

Продолжение табл. 3.2

7

Резина

30

20

90

-

100х10

8

Орг. Стекло

-

-

25

18

30х4

9

Латунь Л62

60

50

22

-

60х4,2

10

Винипласт

-

-

90

20

100х10

Габариты заготовки, мм: В – ширина полосы (ленты); S – толщина полосы (ленты).

Для расчета Ким длину полосы (ленты) L принимать во всех случаях, равной 1000 мм.

57

Таблица 3.3. Эскиз штамповки и характеристика материала

Данные о материале изделия

Марка материала

Предел прочности σср, Н / м2

Толщина детали, мм

Результаты расчетов

Название обрабаты-ваемого

элемента

Наименование операции

штамповки

Величина

периметра

резания

L, м

Усилия вырубки и пробивки, Н

Название

выбранного пресса и его

номинальное усилие, кН

в штампе

простого

действия

в штампе

последова-тельного действия

1. …….

2………

3………

Расчет коэффициента использования материала Ким: ……………………………………

..........................................................................................................................................................

Расчет усилия резки полосы

– для ножниц с параллельными ножами: ……………………………………………………..

– для ножниц с наклонными ножами:………………………………………………………….

Контрольные вопросы

1. Что является исходным материалом при холодной листовой штамповке (ХЛШ)? Приведите примеры изделий, получаемых ХЛШ.

2. Каково основное свойство металла, обеспечивающее возможность осуществления ХЛШ? Каковы достоинства и недостатки ХЛШ?

3. Каково назначение зазора между пуансоном и матрицей при ХЛШ и как он определяется?

4. Каковы основные разделительные операции ХЛШ?

5. Каковы основные формообразующие операции ХЛШ? В чем состоит их различие?

6. Какая операция ХЛШ является наиболее сложной? Каковы ее особенности?

7. Какие типы оборудования используются для разделения заготовок и штамповки изделий?

8. Перечислите типы штампов, применяемых при ХЛШ. Каковы преимущества и недостатки различных типов штампов?

9. Чем отличается штамп совмещенного действия от штампа последовательного действия?

58

10. Какова последовательность технологического процесса листовой штамповки?

11. Как определяется усилие вырубки и пробивки?

4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ И ОСНОВНОГО (ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО) ВРЕМЕНИ

4.1. Общие сведения

Под режимом резания понимают совокупность значений скорости главного движения резания, скорости движения подачи и глубины резания.

Скоростью главного движения резания V называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения резания в единицу времени. Размерность скорости главного движения резания – м/мин или м/с.

Если главное движение резания является вращательным (например, обработка на токарном, сверлильном, фрезерном станках), то скорость движения резания определяется по соотношению V = π D n ·10 -3, м/мин. Здесь параметр D представляет наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки (токарная обработка) или режущего инструмента (обработка на сверлильных станках, фрезерование, шлифование и др.), мм; п − частота вращения заготовки, мин -1 (рис. 4.1).

Если главное движение резания является возвратно-поступательным, а скорости рабочего и вспомогательного ходов различны, то скорость резания V = Lm(k + 1)·10 -3, м/мин, где L – расчетная длина хода инструмента, мм;

т – число двойных ходов инструмента в минуту; k – коэффициент, определяемый соотношением скоростей рабочего и вспомогательного ходов.

Скоростью движения подачи VS или S называют величину перемещения режущей кромки инструмента относительно заготовки за один ее оборот (S, мм/об) или в единицу времени (VS, мм/мин).

Глубиной резания t (мм) называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней и пройденное за один рабочий ход инструмента. При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обработки: t = 0,5 (Dз – d), где d – диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм (рис. 4.2-4.5). Глубина резания определяется припуском на обработку. Припуском на механическую обработку называется слой металла, удаляемый при обработке заготовки в целях придания детали соответствующих размеров и обеспечения требуемой шероховатости поверхности.

В зависимости от величины припуска обработку ведут за один или несколько проходов. При черновой обработке весь припуск можно снимать за один рабочий ход, кроме снятия повышенных припусков и обработки на маломощных станках. При чистовом точении число рабочих ходов зависит от требуемых параметров шероховатости и точности обработанной

59

поверхности. Оптимальное количество проходов режущего инструмента определяется заданными точностью и шероховатостью обработанной поверхности, а также мощностью станка.

Установление рациональных режимов резания при точении, как и для любого вида механической обработки, заключается в выборе оптимального сочетания скорости резания, подачи и глубины резания, обеспечивающих наибольшую производительность обработки при соблюдении требований точности и качества, предъявляемых к обрабатываемой детали. Режим резания назначают или рассчитывают с учетом типа, конструкции и материала режущего инструмента, материала и размеров заготовки, жесткости технологической системы и других параметров. Так, скорость резания определяется стойкостью Т режущего инструмента, глубиной резания, подачей, механическими свойствами обрабатываемого материала, а также некоторыми другими факторами. Подачу рекомендуется выбирать для конкретных условий обработки максимально возможную. При этом следует учитывать, что величина подачи зависит при черновой обработке от свойств обрабатываемого материала, размеров заготовки и глубины резания; при чистовой обработке – от требуемой шероховатости поверхности. Глубину резания назначают наибольшей при черновой обработке, часто равной всему припуску, а при чистовой обработке – выбирают в зависимости от степени точности и требуемой шероховатости поверхности детали.

Основное или технологическое время To – это время, затрачиваемое непосредственно на процесс резания металла режущим инструментом; при токарной обработке одной детали за несколько проходов основное время определяют по формуле, мин:

, nSiLoT⋅⋅= (4.1)

где L – расчетная длина хода режущего инструмента, мм;

i – количество проходов резца,

S – подача инструмента, мм/об,

n – частота вращения шпинделя станка, мин-1.

Расчетная длина L хода инструмента чаще всего состоит из длины l обрабатываемой поверхности детали (определенной из ее чертежа), величины врезания l1 резца, перебега l2 резца, необходимого для его выхода за пределы обрабатываемой поверхности, и определяется по формуле

L = l + l1 + l2, мм. (4.2)

Так, величина врезания токарного резца зависит от глубины резания t, главного угла резца в плане φ и определяется по формуле

l1 = t·ctg φ. (4.3)

60

Величина перебега резца l2 необходима для предотвращения образования заусеницы на детали в конце обработки. В зависимости от диаметра обрабатываемой детали l2 принимается равной 1-5 мм.

Последовательность расчета элементов режима резания и размеров заготовки для обработки на различных станках приведена в приложении Г.

4.2. Индивидуальные задания и примеры решения задач

Задача 4.1. Определить скорость главного движения резания при обтачивании заготовки диаметром D на токарном станке с частотой вращения шпинделя п (табл. 4.1).

Т а б л и ц а 4.1. Данные к задаче 4.1

Номер варианта

D,

мм

n,

мин-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

60

120

45

90

150

70

200

180

100

25

630

500

1250

800

400

1600

315

200

400

2000

Пример решения задачи 4.1. Определить скорость главного движения резания при обработке заготовки диаметром D = 100 мм на токарном станке с частотой вращения шпинделя п = 630 мин -1.

Решение. Скорость главного движения резания при точении

м/с). 3,3( м/мин 197,8 10006301003,14 1000≈=⋅⋅==DnVπ

Задача 4.2. Определить частоту вращения (мин -1) шпинделя станка (табл. 4.2) при обтачивании заготовки диаметром D (мм) на токарном станке со скоростью главного движения резания V (м/мин).

61

Т а б л и ц а 4.2. Данные к задаче 4.2

Номер

варианта

D,

мм

V

Номер

варианта

D,

мм

V

м/мин

м/с

м/мин

м/с

1

2

3

4

5

240

57

190

220

78

96

72

102

89

145

1,60

1,20

1,70

1,48

2,42

6

7

8

9

10

120

80

224

68

50

78

65

142

90

60

1.30

1,08

2.36

1.50

1,00

Пример решения задачи 4.2. Определить частоту вращения шпинделя станка при обтачивании заготовки диаметром D = 95 мм на токарном станке со скоростью главного движения резания V = 208 м/мин (≈3,5 м/с).

Решение. Частота вращения шпинделя токарного станка определяется следующим образом: .1-мин 700 953,14208 1000 1000≈⋅⋅==DVnπ

Задача 4.3. Определить скорость движения подачи VS, при обтачивании заготовки на токарном станке с частотой вращения шпинделя п; подача резца за один оборот шпинделя S0 приведена в табл. 4.3.

Т а б л и ц а 4.3. Данные к задаче 4.3

Номер

варианта

n,

мин-1

S0,

мм/об

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

200

250

310

400

500

630

800

1000

1250

1600

0,52

0,23

0,95

0,3

0,17

0,78

0,61

0,43

0,37

0,7

Пример решения задачи 4.3. Определить скорость движения подачи VS, мм/мин, при обтачивании заготовки на токарном станке с частотой вращения шпинделя п = 800 мин -1; подача резца за один оборот шпинделя S0 = 0,23 мм/об.

Решение. Скорость движения подачи резца

VS = S0 · n = 0,23·800 = 184 мм/мин.

62

Задача 4.4. Определить глубину резания t при обтачивании заготовки диаметром D на токарном станке в два перехода. При переходе предварительной обработки заготовка обтачивается до D0, а при окончательной обработке – до D (табл. 4.4). Главный угол резца в плане φ = 45°.

Дать эскиз обработки со всеми размерами по примеру рис. 4.2.

Т а б л и ц а 4.4. Данные к задаче 4.4

Номер варианта

D

D0

d

мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

68

45

98

108

206

188

67

56

120

95

60

38

90

98

198

182

61,5

51

114

88,5

58

35

88

96

196,5

180

60

50

112

87

Пример решения задачи 4.4. Определить глубину резания t при обта-чивании заготовки диаметром D = 135 мм на токарном станке в два перехода.

При предварительной обработке заготовка обтачивается до Do = 125 мм, а при окончательной обработке – до d = 122 мм.

Решение. При предварительном обтачивании глубина резания

мм. 5 2125 - 135 20==−=DDt

При окончательном обтачивании

мм. 1,5 2122 - 125 20==−=dDt

63

Задача 4.5. Определить основное время при продольном обтачивании на проход (в упор) заготовки диаметром D до диаметра d на длине l. Частота вращения шпинделя n; подача резца S0. Обтачивание производится за один рабочий ход. Резец проходной с главным углом в плане φ (табл. 4.5).

Дать эскиз обработки со всеми размерами по примеру рис. 4.2.

Та б л и ц а 4.5. Данные к задаче 3.5٭

Номер варианта*

D

d

l

n,

мин-1

S0,

мм/об

φ°

мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

108

95

88

84

128

48

98

100

65

100

100

88

84

79

120

44

90

95

64

92

315

120

90

105

150

200

350

130

60

150

125

200

250

315

400

1000

315

800

1250

630

0,52

0,34

0,45

0,64

0,38

0,32

0,52

0,43

0,21

0,57

30

45

60

90

30

45

60

90

30

45

Четные номера вариантов – обтачивание на проход, нечетные – обтачивание в упор.

Пример решения задачи 4.5. Определить основное время при продоль-ном обтачивании на проход шейки вала от D = 95 мм до d = 85 мм на длине l = 165 мм. Частота вращения шпинделя станка п = 630 мин -1; подача резца S0 = 0,34 мм/об. Обработка производится за один рабочий ход. Резец проходной с главным углом в плане φ = 45°.

Решение. Основное время при точении .мин ,0nSiLoT⋅⋅=

По условию известны все величины, входящие в формулу, кроме длины рабочего хода резца L = l + l1 + l2, где врезание резца l1 = t / tg φ+(0,5…2); перебег резца l2 = 1...5 мм (см. рис. 4.2).

При числе рабочих ходов i = 1 глубина резания мм, 5,0 285 - 95 2==−=dDt

тогда l1 = 5,0 / tg 45° + 1,5 = 5,0 / 1 + 1,5 = 6,5 мм.

Принимаем перебег резца l2 = 2 мм. Таким образом,

L = 165 + 6,5 + 2 = 173,5 мм; мин. 0,81 63034,015,173≈⋅⋅=oT

64

Задача 4.6. Определить основное время при растачивании на проход (в упор) отверстия диаметром d до диаметра D на длине l. Частота вращения шпинделя n; подача резца S0. Растачивание производится за один рабочий ход. Резец проходной с главным углом в плане φ (табл. 4.6).

Дать эскиз обработки со всеми размерами по примеру рис. 4.3.

Т а б л и ц а 4.6. Данные к задаче 4.6

Номер варианта*

d

D

l

n,

мин-1

S0,

мм/об

φ°

мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

100

88

84

79

120

44

90

95

64

92

108

95

88

84

128

48

98

100

65

100

55

70

40

65

60

20

50

100

60

90

125

200

250

315

400

1000

315

800

1250

630

0,52

0,34

0,45

0,64

0,38

0,32

0,52

0,43

0,21

0,57

30

45

60

90

30

45

60

90

30

45

Четные номера вариантов – обтачивание на проход, нечетные – обтачивание в упор.

Пример решения задачи 4.6. Определить основное время при растачивании напроход отверстия в корпусе от D = 81 мм до d = 88 мм на длине l = 65 мм. Частота вращения шпинделя станка п = 800 мин -1; подача резца S0= 0,22 мм/об. Обработка производится расточным резцом с главным углом в плане φ = 45° за один рабочий ход.

Решение. Основное время при растачивании .мин ,0nSiLoT⋅⋅=

По условию известны все величины, входящие в формулу, кроме длины рабочего хода резца L = l + l1 + l2, где врезание резца мм, )2...5,0(1+=ϕtgtl перебег резца l2 = 1 ... 5 мм (см. рис. 4.3).

При числе рабочих ходов i = 1 глубина резания мм, 3,5 281 - 88 2==−=dDt

тогда l1 =(3,5/tg 45°) + 1,5 = З,5/1,0 + 1,5 =5,0 мм.

Принимаем перебег резца l2 = 3 мм. Таким образом,

L = 65 + 5, 0 + 3, 0 = 73 мм; мин. 0,41 80022,0173≈⋅⋅=oT

65

Задача 4.7. Определить основное время при подрезании сплошного торца заготовки диаметром D на токарном станке за один рабочий ход. Припуск на обработку (на сторону) h; частота вращения шпинделя n; подача резца S0. Резец проходной отогнутый с углом φ = 45° (табл. 4.7).

Дать эскиз обработки со всеми размерами по примеру рис. 4.4.

Таблица 4.7. Данные к задаче 4.7

Номер

варианта

D

h

n,

мин-1

S0,

мм/об

мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

40

65

88

100

75

95

85

70

120

105

2,0

1,5

2,2

1,8

2,0

2,5

2,0

1,5

3,0

2,2

1250

1000

800

630

500

2000

1600

1250

1000

800

0,34

0,28

0,42

0,36

0,30

0,08

0,11

0,15

0,21

0,33

Пример решения задачи 4.7. Определить основное время при подрезании сплошного торца заготовки диаметром D = 128 мм на токарном станке за один проход. Частота вращения шпинделя п = 630 мин-1; подача резца S0 = 0,27 мм/об. Припуск на обработку (на сторону) h = 2,0 мм. Резец проходной отогнутый с углом φ = 45°.

Решение. Основное время при точении .мин ,0nSiLoT⋅⋅=

Длина прохода резца при подрезке сплошного торца L = D/2 + l1 + + l2. Врезание резца l1 = t · сtg φ. При числе рабочих ходов i = 1 глубина резания t = h = 2,0 мм. Тогда l1 = 2,0 ctg 45° = 2,0 мм. Перебег резца l2 = 1 ... 3 мм; принимаем l2 = 2 мм.

Таким образом, L = 128/2 + 2,0 + 2,0 = 68 мм.

мин. 0,4 63027,0168=⋅⋅=oT

66

Задача 4.8. Определить основное время при отрезании кольца от заготовки, имеющей форму трубы, на токарном станке резцом с пластиной из твердого сплава. Наружный диаметр заготовки D; внутренний диаметр d. Частота вращения шпинделя n; подача резца S0 (табл. 4.8). Дать эскиз обработки со всеми размерами по примеру рис. 4.5.

Т а б л и ц а 4.8. Данные к задаче 4.8

Номер

варианта

D

d

n,

мин-1

S0,

мм/об

мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

200

180

150

120

100

80

150

200

170

150

180

150

125

95

82

55

125

178

150

100

125

200

250

315

400

315

250

400

315

250

0,12

0,15

0,18

0,14

0,17

0,21

0,33

0,42

0,08

0,11

Пример решения задачи 4.8. Определить основное время при отрезании кольца от заготовки, имеющей форму трубы, на токарном станке резцом с пластиной из твердого сплава. Наружный диаметр заготовки D = 90 мм; внутренний диаметр d = 78 мм. Частота вращения шпинделя n = 315 мин-1; подача резца S0 = 0,17 мм/об.

Решение. Основное время .мин ,0nSiLoT⋅⋅=

Длина рабочего хода резца при отрезании кольца

мм. )2...1(2+−=dDL

Второе слагаемое учитывает врезание и перебег резца; принимаем его равным 2 мм. Тогда

мм 8227890=+−=L и мин. 0,15 31517,08=⋅=oT

67

Рис. 4.1. Элементы режима резания и параметры срезаемого слоя:

φ – главный угол резца в плане, φ1 – вспомогательный угол резца

в плане, fBCD – действительная площадь сечения срезаемого слоя

fBAE – площадь сечения остающихся гребешков

а б

l2 = 1 … 5 мм мм )2...5,0(1+=ϕtgtl l2 = 0 мм

Рис. 4.2. Обтачивание вала: а – на проход; б – в упор

68

а б

мм, )2...5,0(1+=ϕtgtl l2 = 1 … 5 мм; l1 = 0,5 … 2 мм, l2 = 0 мм. Рис. 4.3. Растачивание отверстия: а – на проход; б – в упор

мм, )2...5,0(1+=ϕtgtl l2 = 0, 5… 2 мм; l1 = l2 = 0, 5 … 2 мм, мм. ,2dDl−=

Рис. 4.4. Подрезание торца детали Рис. 4.5. Отрезание кольцевой детали

69

Контрольные вопросы

1. Какие элементы входят в состав режима резания?

2. Что называют скоростью резания?

3. Как определить скорость резания при вращательном и поступательном главном движении резания?

4. Каковы размерности скорости резания и скорости движения подачи?

5. Как определить глубину резания при обтачивании деталей?

6. С какой целью назначается припуск на обработку при обработке резанием?

7. Какие факторы следует учитывать при выборе оптимального режима резания?

8. Какие параметры определяют выбор подачи при черновой и чистовой обработке?

9. Какие элементы режима резания влияют на величину основного технологического времени?

10. Какие элементы составляют расчетную длину хода инструмента, и от чего зависит их величина?

11. Какова последовательность расчета элементов режима резания при обработке на токарных станках?