Контрольная работа по "Материаловедению"

Вопрос № 1. Перечислите основные виды механической обработки. Начертите схему резания при наружном точении и укажите на ней элементы резания. Назовите поверхности обрабатываемой детали.

 

Большинство деталей машин изготовляется путем обработки резанием. Заготовками таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимается при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск — это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

После снятия припуска на металлорежущих станках обрабатываемая деталь приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу детали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минимальным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества детали и с необходимой шероховатостью поверхности.

В современном машиностроении имеется тенденция снижать объем обработки металлов резанием за счет повышения точности исходных заготовок.

Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др.

Точение — операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка.

Сверление — операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках.

Строгание — способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Строгание производится на строгательных станках.

Долбление — способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка. Долбление производят на долбежных станках.

Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой.

Протягивание — процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное.

Глубина резания при различных видах обработки. а-наружное точение(обтачивание), б-растачивание, в-подрезание торца, г-отрезание

Процесс резания характеризуется определенным режимом. К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания t — величина срезаемого слоя за один проход резца, измеряемая в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. При наружном продольном точении глубина резания определяется как полуразность между диаметром заготовки (обрабатываемой поверхности) D и диаметром обработанной поверхности d.

t=(D-d)/2 мм.

При растачивании глубина резания представляет собой полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки. При подрезании глубиной резания являемся величина срезаемого слоя, измеренная перпендикулярно к обработанному торцу, и при отрезании и прорезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

Подача (скорость подачи) — величина перемещения режущей кромки в направлении движения подачи за один оборот заготовки (х мм/об). При точении различают продольную подачу, направленную вдоль оси заготовки; поперечную подачу, направленную перпендикулярно оси заготовки; наклонную подачу под углом к оси заготовки (при обработке конической поверхности).

Скорость резания V — путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения, так как за один оборот заготовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой 4 на поверхности резания, будет больше пути, пройденного точкой Б (πD>πd) .

Элементы резания при наружном точении

Величину скорости резания можно определить по формуле

v=πDn/1000 м/мин

где π = 3,14; D — наибольший диаметр поверхности резания, мм; п – частота вращения заготовки (число оборотов в минуту). Если известна скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента v и диаметр заготовки D , можно определить требуемую частоту вращения заготовки и настроить на частоту шпинделя:

n=1000v/πD об/мин

Данные для определения скорости резания при точении

 

Вопрос № 2. Определите глубину резания t при обтачивании заготовки диаметром D = 56 мм на токарном станке в два перехода, если при переходе предварительной обработки заготовка обтачивается до диаметра D₀= 51 мм, а при окончательной обработке до d=50 мм. Дайте определение глубины резания.

Решение. При предварительном обтачивании глубина резания

 

При окончательном обтачивании

 

Глубина резания t — величина срезаемого слоя за один проход резца, измеряемая в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности.

Вопрос № 3. На токарно-винторезном станке 16К20 обтачивается заготовка из стали 40 с пределом временного сопротивления разрыву σ_в=640 МПа твердосплавным резцом. Глубина резания t=2 мм, подача S=0,85 мм/об, скорость резания ν=2,3 м/c. Геометрические параметры резца: формы передней поверхности – радиусная с фаской, φ=45^о, φ₁=10^о, α=8^о, γ=+10^о, λ=5^о, r=1 мм. Определите по эмпирической формуле силу резания F_z , мощность P_раб . Достаточна ли мощность для работы с указанным режимом резания.

Сила резания при точении  определяется по формуле:

F_z=C_F*t^x*S^y*K_H*K_γ*K_φ*K_o*K_cu

где

F_z- сила резания, Н;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

C _F – постоянный коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого металла; 
(Значения всех коэффициентов и показателей степеней см. в таблицах приложения 1.)

C_F=225 табл. 1, приложение 1. - для наружного точения

x, y – показатели степеней, учитывающие конкретные условия обработки;

x=1 табл. 1, приложение 1.

y=0,75 табл. 1, приложение 1.

K_H – поправочный коэффициент, зависящий от прочности обрабатываемого материала;

K_H=0,89 табл. 2, приложение 1.

K_γ - поправочный коэффициент, зависящий от главного переднего угла резца;

K_γ=1 табл. 3, приложение 1.

K_φ - поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане;

K_φ=1 табл. 4, приложение 1.

K_o - поправочный коэффициент, зависящий от охлаждения;

K_o=1 табл. 5, приложение 1.

K_cu – коэффициент перевода кгс в Н.

K_cu=9,81

Подставляем все значения в формулу 1 и подсчитываем силу резания.

F_z=C_F*t^x*S^y*K_H*K_γ*K_φ*K_o*K_cu=225*2¹*0,85^0,75*0,89*1*1*1*9,81=3478 Н

Рабочая мощность определяется по формуле

где 
P_раб – рабочая мощность станка, затрачиваемая на процесс резания, кВт;

F _z – сила резания, Н;

ν_д – действительная скорость резания, м/с;

η – КПД станка

η = 0,75 приложение 3.

Рассчитаем рабочую мощность

P_раб=3478*2,3/(1020*0,75)=10,5 кВт

Сравним рабочую мощность с действительной мощностью станка (см. паспортные данные станка 16К20 в приложении 3.)

P_раб=10,5 кВт > P_эд=10 кВт, т.е. рабочая мощность больше мощности электродвигателя станка. Следовательно, данная мощность недостаточна для работы с указанным режимом резания.

 

 

Вопрос № 4. На токарно-винторезном станке 16К20 производится обтачивание заготовки от D=95 мм до d=88 мм на длине 240 мм. Материал заготовки – чугун СЧ25, твердость которого HB210. Резец токарный проходной с пластинкой из твердого сплава марки ВК8, сечение державки 25х25. Теоретическая подача S_т=0,34 мм/об, теоретическая скорость резания ν_т=1,2 м/с, стойкость Т=45 мин. Геометрические параметры резца: форма передней поверхности – плоская; φ=75^о, φ₁=30^о, α=6^о, γ=8^о, λ=0^о, r=1 мм. Назначьте режим резания, рассчитайте основное время.

Рассчитаем глубину резания

t =(D-d)/2=(95-88)/2=3,5 мм

где 

t - глубина резания, мм;

D – диаметр обрабатываемой  поверхности, мм;

d – диаметр обработанной поверхности, мм;

По данной теоретической  подаче S_т=0,34 мм/об в паспорте станка 16К20 (см. приложение 3) определяем ближайшее меньшее значение действительной подачи S_д=0,3 мм/об.

Рассчитаем теоретическую  частоту вращения, соответствующую  данной теоретической скорости резания

n_т=ν_т/(π*D)

где ν_т=1,2 м/с – теоретическая скорость резания

π=3,14

D=95 мм – диаметр обрабатываемой поверхности

Получаем n_т=1,2/(3,14*0,095)=4,02 об/с=241,2 об/мин

Найденную теоретическую  частоту вращения n_т=241,2 об/мин корректируем по паспорту станка 16К20 (см. приложение 3) и принимаем ближайшее меньшее значение действительной частоты вращения n_д=200 об/мин.

Рассчитываем действительную скорость резания по формуле

ν_д=n_д*π*D

где ν _д – действительная скорость резания, м/с;

π=3,14;

D=95 мм – диаметр обрабатываемой поверхности;

n_д=200 об/мин - действительная частота вращения.

Получаем ν _д=200*3,14*0,095/60=1 м/с 

Назначаем режим резания:

глубина резания - t=3,5 мм;

действительная подача - S_д=0,3 мм/об;

действительная частота  вращения - n_д=200 об/мин;

действительная скорость резания - ν _д=1 м/с.

Рассчитываем основное (технологическое) время:

T_о=(l+y+Δ)/(S*n)

Где T_о – основное время, мин;

l=240 мм длина обрабатываемой поверхности;

y=t*ctgφ=3,5*ctg75^o =3,5*0,27=0,94 мм – недовод резца;

- перебег резца (от  1 до 3 мм) выбираем =2 мм

i=1 – число проходов;

n_д=200 об/мин - действительная частота вращения;

S_д=0,3 мм/об – действительная подача.

Получаем

T_о=(240+0,94+2)/(200*0,3)=4,05 мин=243 с