МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ВОСТОЧНО –КАЗАХСТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д. Серикбаева
Факультет ФМТ
Кафедра: Транспорт илогистика
КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА
Тема:Оптимальный режим резания. Высокочастотная металлизация
Усть-Каменогорск
2010г.
1 Определениеоптимальных режимов резания
Технологическиепроцессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущимиинструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм,размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды О. м. р.: Точение,Строгание, Сверление, Развёртывание, Протягивание, Фрезерование изубофрезерование, Шлифование, хонингование и др. Закономерности О. м. р.рассматриваются как результат взаимодействия системы станок — приспособление —инструмент — деталь. Любой вид О. м. р. характеризуется режимом резания,представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скоростьрезания v, глубина резания t и подача s. Скорость резания — скоростьинструмента или заготовки в направлении главного движения, в результатекоторого происходит отделение стружки от заготовки, подача — скорость внаправлении движения подачи. Например, при точении (рис. 1) скоростью резанияназывается скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущейкромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей — перемещение режущей кромкирезца за один оборот заготовки в мм/об. Глубина резания— толщина (в мм)снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой иобработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла(см. рис. 1) рассматриваются такие элементы резания (физические параметры):толщина срезаемого слоя и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных tи s зависит от главного угла в плане j (см. Геометрия резца).
Взависимости от условий резания стружка, снимаемая режущим инструментом Сверлом,протяжкой, фрезой в процессе О. м. р., может быть элементной, скалывания,сливной и надлома. Характер стружкообразования и деформации металларассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условийрезания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемогометалла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации егорежущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающейжидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна,причём она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, врезультате чего он приобретает Наклёп и возникают внутренние (остаточные)напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.
Врезультате превращения механической энергии, расходуемой при О. м. р., втепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, атакже в зонах трения контактов инструмент — стружка и инструмент — деталь),влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками доустановленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработаннойдетали. Описание температурного слоя в зоне резания (рис. 2) может бытьполучено экспериментально, расчётным путём или моделированием процесса резанияна ЭВМ. Тепловые явления при О. м. р. вызывают изменение структуры ифизико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностногослоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущегоинструмента. Процесс теплообразования зависит также от условий резания.Скорость резания и свойства обрабатываемого металла существенно влияют натемпературу резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца (рис.3). Тепловые и температурные факторы процессов О. м. р. выявляются следующимиэкспериментальными методами: калориметрическим, при помощи термопар поизменению микроструктуры (например, поверхности инструмента), при помощитермокрасок, оптическим, радиационным и др. Трение стружки и обрабатываемойдетали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления приО. м. р. вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа:адгезионный, абразивно-механический, абразивно-химический, диффузионный,электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента являетсяодним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии егорежущей части. При выборе инструмента в зависимости от материала его режущейчасти и др. условий резания руководствуются тем или иным критерием износа. Нарис. 4 показан характер изнашивания задней поверхности резца. Его переточкунадо осуществлять после времени работы T2 при износе hoпт (донаступления критического износа hk, соответствующего T3).
Системасил, действующих при О. м. р., может быть приведена к единой равнодействующейсиле. Однако для решения практических задач не обязательно знать величину этойсилы, важное значение имеют её составляющие: Pz — сила резания,действующая в плоскости резания в направлении главного движения; Ру— радиальная составляющая, действующая перпендикулярно к оси заготовки (приточении) или оси инструмента (при сверлении и фрезеровании); Px —сила подачи, действующая в направлении подачи. Силы Pz, Px,Ру влияют на условия работы станка, инструмента и приспособления,точность обработки, шероховатость обработанной поверхности детали и т.д. Навеличину этих сил влияют свойства и структура обрабатываемого материала, режимрезания, геометрия и материал режущей части инструмента, метод охлаждения и др.Сила Pz обычно является наибольшей — на её преодоление расходуется наибольшаямощность. Способы определения Pz, Ру, Px могутбыть теоретическими и экспериментальными, определяемыми с помощью специальныхдинамометров. На практике часто используют полученные на основе экспериментовэмпирические формулы. Затрачиваемая мощность (в квт) для большинства процессовО. м. р.:
Nэ= Pz ·v/60·102, (1)
где Pz— составляющая силы резания в направлении подачи в н (кгс), v — скоростьрезания в м/мин, потребная мощность электродвигателя станка Ncт = Nэ/h,где h — кпд станка.
Скоростьрезания, допускаемая режущим инструментом, зависит от тех же факторов, что исилы резания, и находится в сложной зависимости от его стойкости (рис. 5).
Значительноевлияние на О. м. р. оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, приправильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которыхувеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скоростьрезания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатостьобработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных итугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов. Вынужденные колебания(вибрации) системы СПИД, а также автоколебания элементов этой системы ухудшаютрезультаты О. м. р. Колебания обоих видов можно снизить, воздействуя навызывающие их факторы — прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихсячастей, дефекты в передачах станка, недостаточную жёсткость и деформациизаготовки и др.
ЭффективностьО. м. р. определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающихвсе влияющие факторы. Для ускорения расчёта часто применяют ЭВМ. Расчёт режимоврезания на ЭВМ сводится к предварительному отбору исходной информации,разработке и конкретизации алгоритмов, заполнению операционных карт исходнойинформацией, её кодированию и программированию алгоритмов.
Повышениепроизводительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при О. м. р.связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размерыкоторых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкоесокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводитк преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме О. м. р.
Дальнейшеенаправление развития О. м. р.: интенсификация процессов резания, освоениеобработки новых материалов, повышение точности и качества обработки, применениеупрочняющих процессов, автоматизации и механизации обработки.
/>
Рис. 1.Элементы режима резания при точении
1 — обрабатываемаяповерхность; 2 — поверхность резания; 3 — обработанная поверхность; D — диаметробрабатываемой заготовки; d — диаметр детали после обработки; а и б — толщина иширина срезаемого слоя
/>
Рис. 2.Температурное поле на поверхностях сверла (деталь — сталь 45; сверло избыстрорежущей стали; v = 25 м/мин; s = 0,11 мм/об; без охлаждения)
/>
Рис. 3.Влияние свойств обрабатываемого металла на температуру резания
1 — сталь Ст. 3; 2 —сталь 4OX; 3 — чугун; 4 — латунь; 5 — алюминий
/>
Рис. 4.Характер изнашивания задней поверхности режущего инструмента
OA — период приработки;AB — период рабочего изнашивания; ВС — период катастрофического изнашивания
/>
Рис. 5.Зависимость стойкости резца от скорости резания (t = 1 мм; s = 0,1 мм/об).
1.1 Техническоенормирование операции
Исходнымиданными, оказывающими влияние на норму времени и фактические затраты рабочеговремени на операцию, является;
-материалобрабатываемой заготовки, его основная характеристика, способ полученияисходной заготовки;
-размерыобрабатываемых поверхностей(с учетом допусков), размеры после обработки, требуемаяточность и допустимая шероховатость обработанной поверхности;
-массаобрабатываемой заготовки;
-размертехнологической партии;
-применяемоеоборудование (основные сведения из паспорта станка);
-режущие иизмерительные инструменты;
-предполагаемыйспособ базирования и закрепления заготовки;
-конструкцияприспособления; способ базирования, обеспечение точности установки (с выверкойи без выверки); способ закрепления и открепления; для заготовок,устанавливаемых с помощью специальных устройств, основная характеристика этогоустройств;
-планировкарабочего места;
-порядокобслуживания рабочего места; обеспечение заготовками, необходимойдокументацией, инструментами и приспособлениями, обеспечение наладки,подналадки и ремонта станка и т.п.
Всеперечисленные данные в той или иной степени влияют на структуру проектируемойоперации и на затраты рабочего времени.
Приступая кнормированию, необходимо детально представлять содержание нормируемой операции,последовательность и порядок выполнения составляющих ее элементов,технологические возможности оборудования, органы управления станком,организацию рабочего места и его обслуживания, так как технически обоснованнаянорма времени на операцию реальна только при соблюдении наложенных на нееусловий выполнения операции.
Схематичнорасчет нормы времени осуществляется в следующей последовательности.
Нормированиеосновного (машинного) времени.Определение всех параметров режущего инструмента (типоразмера, материаларежущей части, геометрических параметров и т.п.); последовательное определениеэлементов режима резания; глубины резания (числа проходов), максимальнодопустимой подачи, скорости резания (с учетом нормативной или требуемойстойкости режущего инструмента), а так же жесткости технологической системы;определение действующих (при установленных элементах режима резания) сил имоментов и сопоставление их с допустимыми силами и моментами по условиямобеспечения нормальной эксплуатацией станка, требуемой точности размеров идопустимой шероховатости обрабатываемой поверхности, а иногда и по жесткости ипрочности инструмента и всей технологической системы; проверка режима резанияпо потребности мощности в соответствии с эффективной мощностью станка,уточнение величины подачи и частоты вращении (числа двойных ходов); расчет основного(машинного) времени по формуле соответствующей содержанию операции.
Формула длярасчета основного времени:
/> (2)
гдеL – величина перемещенияинструмента или заготовки в направлении подачи за один рабочий ход, мм; n – частота вращения, мин-1;S – подача,мм/об, или мм/де.ход;h – припуск на обработку (для данного перехода), мм; t – глубина резания за одинпроход, мм; l – размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи дляконкретной операции, мм; l1 = величина врезания иперебега инструмента, мм; l2 – дополнительная длинна навзятие пробной стружки, l2 = 12…15 мм; при наладкестанка, обеспечивающей получение требуемого размера l2 =0; i – число рабочих ходов.
Нормированиевспомогательного времени. Вспомогательное время,как уже было сказано, складывается:
из временина установку и снятие детали;
из времени,связанного с переходом (комплекс приемов);
из временина измерение (контроль окончательных размеров).
Вспомогательноевремя на установку и снятие детали в условиях среднесерийного и крупносерийногопроизводства определяется в зависимости от способа установки, выверки икрепления заготовки не зависимо от вида станков. Сюда же включается время напуск, остановку станка и время на установку деталей свыше одной (в многоместныхприспособлениях), а так же время на очистку приспособления от стружки.
Нормативывспомогательного времени, связанного с переходом, разработаны с учетом типастанков и содержат время на сложный комплекс приемов, регулярно повторяющихсяпри выполнении перехода (или обработке одной поверхности)
Нормативывспомогательного времени на измерение предусматривают контрольные измеренияпосле обработке на данной операции. Все промежуточные измерения в процессеобработки учтены во времени, связанным с переходом.
При расчетевспомогательного времени на измерение необходимо учитывать также периодичностьизмерений, оговоренную в отдельных картах, форму поверхности, вид обработки,квалитет точности и способ установки инструмента на размер.
Послерасчета всех составляющих вспомогательного времени его необходимоскорректировать по поправочному коэффициенту Кtв.
Заканчиваетсярасчет вспомогательного времени анализом: выясняется, перекрывается оно целикомили частично основным временем.
Вдальнейшем расчете штучного времени учитывается только не перекрываемоевспомогательное время.
Нормированиевремени на обслуживание рабочего места. В условиях среднесерийного имногосерийного производства время на обслуживание рабочего места, как правило,выражают в процентах от оперативного времени с учетом группы станка.
Нормированиевремени перерывов на отдых и личные надобности. Данную категорию затратрабочего времени определяют так же в процентах от оперативного времени с учетомхарактера подачи инструмента, массы деталей и других факторов. Для станков,работающих на механической подачи, эти затраты принимаются равными 4% от tоп.
Послеопределения всех затрат рабочего времени определяют норму штучного времени Тоm (мин) по формуле:
/>,(3)
где /> — времяобслуживания рабочего места в процентах к оперативному времени, /> включаетв себя /> (времятехнического обслуживания) и /> (времяорганизации обслуживания); /> -время на отдых и личные надобности в процентах к оперативному времени.
В некоторыхслучаях (например, в машинных и автоматизированных процессах в условияхмассового производства) время технического обслуживания может быть выражено впроцентах к основному времени. Тогда норма штучного времени (мин)рассчитывается по формуле
/>.(4)
При выпускепродукции отдельными сериями (партиями) устанавливается нормаподготовительно-заключительного времени. Оно рассчитывается по нормативам ивключает в себя следующие элементы:
время наотладку станка, инструментов и приспособления ( в зависимости от типаприспособления и количества инструментов в наладке);
время надополнительные приемы, связанные с содержанием операции; время на получениеинструмента, приспособлений, техпроцесса до начала и на сдачу их послеокончания обработки.
В случаенеобходимости рассчитывают норму времени на деталь как сумму нормы штучноговремени и доли нормы подготовительно-заключительного времени, приходящейся наодну деталь по формуле (2)
Еслиодновременно обрабатывается несколько заготовок (за одну установку),рекомендуется весь расчет произвести на установочную партию, т.е. на операцию,а штучное время на одну деталь определять в конце расчета делением времени наоперацию на количество заготовок, обрабатываемых одновременно.
2 Высокочастотнаяметаллизация
2.1Сущностьпроцесса
Многообещающийметод высокочастотной электрометаллизации изучен в гораздо меньшей степени, чемэлектродуговой. Установлено, что при плавлении металла токами высокой частоты ираспылении расплавленного металла достигается большая степень дисперсности исвязанное с этим высокое качество напыленных покрытий. Такой эффект получаетсяв результате удачной конструкции распылительной головки и возможностипроизводить Плавление металла на небольшую глубину. Элементарные частицыполучаются непрерывным сдвигом с поверхности к концу прутка концентричныхгребешков расплавленного металла. Как известно, индукционный нагрев металловтоками высокой частоты позволяет получить нагревание на глубину малых долеймиллиметра. Глубина проникновения тока тем меньше, чем больше частота тока,электропроводность металла и магнитная проницаемость его. Наивысшая плотностьтока получается на поверхности проводника. Считая, что высокочастотный токпротекает в проводнике только до «эквивалентной» глубины проникновения ираспределен в этом слое равномерно, можно определить эквивалентную глубинупроникновения.Глубина проникновения зависит также от температуры нагреваемогометалла. Чтобы получить достаточно высокий коэффициент полезного действияиндуктора высокочастотного металлизациопного аппарата, следует подбиратьчастоту тока в соответствии с диаметром распиливаемой проволоки. Наиболееподходит для использования в высокочастотном аппарате проволока диаметром 5—6мм. Для плавления такой проволоки следует применять ток с частотой около 70 000гц. При более тонкой проволоке потребуется ток еще более высокой частоты(например, при диаметре проволоки 3 мм — 200 000 гц). Учитывая сказанное, можнорекомендовать для питания высокочастотных металлизационных аппаратов ламповыегенераторы ТВЧ (например, АЧПЗ-30 и ЛЗ-37). Скорость частиц при высокочастотнойметаллизации зависит от расстояния между соплом и поверхностью детали. Как ипри других видах металлизации, она сначала увеличивается до известногомаксимума, а потом по мере удаления от сопла опять падает. С увеличениемдавления сжатого воздуха с 19,62 х 10*4 (2 am) до 49,05 х 10*4 н/м2 (5 am)средняя скорость частиц на расстоянии около 0,1 м увеличивается с 65 до 130м/сек. Однако применять слишком высокие давления сжатого воздуха нерекомендуется, так как получается повышенное содержание окислов в покрытии иснижаются его механические свойства. Температура остальных частиц на расстояниидо 0,1 м и при давлении сжатого воздуха 29,43 х 104 (3 am) — 39,24 х 10*4 (4am) н/м2 колеблется в пределах 1200—1400° С. По мере удаления от соплатемпература частиц понижается, но менее интенсивно, чем при электродуговойметаллизации. Дисперсность распыленного металла при высокочастотнойметаллизации зависит от давления сжатого воздуха. При давлении сжатого воздухаоколо 19,62 х 10*4 н/м2 (2 am) частицы имеют размер около 100— 120 мкм, а при39,24 х 10*4 н/м2 (4 am) 60—90 мкм и при 49,05 х 10*4 н/м2 (5 am) 20—30 мкм.Характер сцепления слоя и основания при высокочастотной металлизации такой же,что и при других видах металлизации.
2.2 Областьприменения металлизации
Восстановление размеровповерхностей тел вращения, посадочных отверстий, устранение дефектов в корпусах(пор, раковин, трещин, задиров), нанесение износоустойчивых антифрикционных,жаропрочных, антикоррозионных и декоративных покрытий.
2.3 Технологическийпроцесс металлизации
— Подготовкадетали к металлизации:
очисткаповерхности (щеткой, шкуркой, пескоструйным аппаратом);
обезжиривание(бензином, керосином, растворителем);
механическаяобработка поверхности с целью придания ей правильной геометрической формы; наконцах цилиндрических поверхностей оставляют буртики и протачивают замки в видекольцевых канавок, предохраняющих покрытие от разрушения с торца;
приданиешероховатости поверхности для лучшего сцепления покрытия с основным металлом(дробеструйная обработка, нарезание рваной резьбы шагом 0,75—1,25 мм резцом,установленным на 3—6 мм ниже оси детали, обработка драчевым напильником,насекание зубилом, для деталей с твердостью свыше НВ 350 — электроискровой илианодно-механической обработкой);
защитаповерхностей детали, не подлежащих металлизации (картоном, жестью, изоляционнойлентой), пазов и отверстий (деревянными пробками).
— Нанесениеслоя металла производится не позже чем через 1 ч после подготовки детали.Положение металлизатора должно обеспечивать перпендикулярность струи наносимогометалла к поверхности детали. Расстояние от сопла металлизатора до детали 100-150 мм. Вначале металл напыляется на участки, имеющие резкие переходы (углы,галтели, уступы), а затем равномерно на всю поверхность. Толщина покрытиядолжна обеспечить устранение износа и припуск на обработку: 0,6—1 мм подобтачивание и 0,4—0,6 мм под шлифование.
— Механическаяобработка напыленных покрытий:
обтачиваниерезцами из сплава Т15К6 с охлаждением: глубина резания от 0,1 до 0,3 мм приподаче от 0,1 до 0,15 мм/оборот и скорость резания 10-30 м/мин;
шлифованиекорундовыми кругами средней мягкости: скорость резания 25-30 м/с;
покрытия высокой твердостишлифуют алмазными кругами на вулканитовой основе.
2.4Характеристика применяемого оборудования
Оборудованиедля металлизации. В состав установки для электродуговой металлизациицилиндрических поверхностей деталей? входит следующее оборудование: токарныйстанок, станочный ме-таллизатор марки ЭМ-12 или ЭМ-66, компрессорная установка(ила баллон с инертным газом), сварочный трансформатор марки СТН-350 (илисварочный преобразователь типа ПСО-300, ПСУ-300)„ воздухорегулирующая и масловлагоотделяющаяаппаратура с трубопроводами, катушки для проволоки.
2.5Недостатки и преимущества способа пайки
Основныепреимущества:
Малоевыгорание легирующих элементов, однородное и прочное покрытие, высокаяпроизводительность.
Основныенедостатки:
Сложностьоборудования
Списоклитературы
1.И.М. Морозов, В.И. Гузеев, С.А. Фадюшин\Техническое нормированиеоперации механической обработке деталей\Челябинск 2003год.
2. Режимы резания металлов, Барановский Ю.В.
3. Катц Н.В., Антошин Е.В., Вадивасов Д.Г., ВольпертГ.Д., Камионский Л.М.
Металлизация распылением 1966.