Обработка материалов резанием

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году




С.Э.ЗАВИСТОВСКИЙ





                ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ





УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



Рекомендовано
                        Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебного пособия для учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по укрупненной группе специальностей 15.02.00 «Машиностроение» (протокол № 5 от 11.03.2019)




znanium.com

Москва ИНФРА-М 2023

УДК 621.7(075.32)
ББК 34.5я723
      З13


    Рецензенты:                                                               
    Милевич 3.К. (цикловая комиссия специальных дисциплин техно-              
    логического цикла Витебского государственного станкоинструмен-            
    тального колледжа);                                                       
    Рудак П.В., кандидат технических наук, доцент кафедры матери-             
    аловедения и технологии металлов Белорусского государственного            
    технологического университета                                             
    Завистовский С.Э.                                                         
З13 Обработка материалов резанием : учебное пособие / С.Э. Завистов-          
    ский. --- Москва : ИНФРА-М, 2023. --- 448 с. --- (Среднее профессиональное
    образование).                                                             
    ISBN 978-5-16-015219-6 (print)                                            
    ISBN 978-5-16-107683-5 (online)                                           
    Приведены сведения о технологии, оборудовании и инструментальном          
    обеспечении механической обработки материалов резанием. Рассмотрены       
    вопросы резания металлов, технологические операции формообразования       
    поверхностей заготовок и режущий инструмент, используемый в металло-      
    обработке. Описаны прогрессивные и нетрадиционные методы обработки        
    металлов резанием. Даны рекомендации по рациональному резанию ме-         
    таллов в условиях работы универсального, автоматизированного и автома-    
    тического производственного оборудования. Предложены методы повы-         
    шения износостойкости режущего инструмента.                               
    Соответствует требованиям федеральных государственных образова-           
    тельных стандартов среднего профессионального образования последнего      
    поколения.                                                                
    Предназначено для студентов учреждений среднего профессиональ-            
    ного образования по укрупненной группе специальностей «Машиностро-        
    ение». Может быть полезно студентам вузов и практическим работникам       
    машиностроительной отрасли.                                               

                                                    УДК 621.7(075.32) ББК 34.5я723

ISBN 978-5-16-015219-6 (print)
ISBN 978-5-16-107683-5 (online)

© Завистовский С.Э., 2019

ВВЕДЕНИЕ


   Развитие современного машиностроительного комплекса базируется на внедрении прогрессивных технологических процессов, позволяющих достичь значительного повышения производительности труда и качества продукции, обеспечивающих максимальное сбережение ресурсов. В основе новых технологий лежит совершенствование обрабатывающего оборудования и инструмента.
   Решение поставленных перед машиностроительной отраслью задач во многом определяется качеством подготовки квалифицированных кадров - сегодня каждый специалист должен обладать обширными профессиональными знаниями и уметь творчески применять их на практике.
   Цель настоящего издания - сформировать у будущих машиностроителей знания о технологии, оборудовании и инструментальном обеспечении механической обработки материалов резанием, необходимые для выбора и технико-экономического анализа различных методов и способов обработки при проектировании технологических процессов механической обработки конструкционных материалов. Резание материалов рассматривается в данном пособии как комплексный процесс, объединяющий в органической неразрывной связи достижения научно-технического прогресса в области материаловедения, технической механики, физики, а металлорежущий инструмент - как система конструктивных и технологических параметров, от правильности выбора и назначения которых зависит энерго- и ресурсосбережение

з

Введение

при данных условиях резания. Особое внимание уделено проектированию токарных резцов общего назначения, спиральных сверл, цилиндрических, торцовых и дисковых фрез, широко используемых в практической деятельности.
    Учебное пособие разработано в соответствии с типовой учебной программой. В процессе работы над учебным пособием с целью придания материалу большей наглядности и информативности автор использовал интернет-ресурсы.

4

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ


1.1.     СУЩНОСТЬ И ВИДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
   Большинство деталей машин получают обработкой резанием заготовок (проката, отливок, поковок, штамповок и др.). Метод позволяет с высокой точностью обрабатывать поверхности деталей различных форм и размеров из любых конструкционных материалов, обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Различают следующие виды обработки материалов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др.
   Обработка резанием заключается в образовании новых поверхностей путем отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Иными словами, обработка резанием представляет собой процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки. Припуск - это часть металла, которая снимается при обработке, т. е. избыточный (сверх чертежного размера детали) слой материала заготовки, удаляемый в процессе обработки режущим инструментом с целью достижения заданной точности размера, формы и качества поверхности.
   Режущим инструментом называют инструмент, применяемый для обработки резанием. Рабочий элемент ре

5

I Общие сведения о механической обработке материалов резанием

жущего инструмента представляет собой острую кромку -клин. Твердость и прочность клина должны существенно превосходить аналогичные параметры обрабатываемого материала.
    Упрощенно процесс резания можно представить следующим образом. К инструменту прикладывают усилие резания, равное силе сопротивления материала, и сообщают инструменту перемещение относительно заготовки с заданной скоростью. Под действием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и деформирует обрабатываемый материал. Деформированный материал скалывается и сдвигается передней поверхностью резца (поверхностью схода стружки). При дальнейшем продвижении инструмента процесс скалывания повторяется, и из отдельных элементов материала образуется стружка.
    Предположим, что в суппорте поперечно-строгального станка закреплен прямоугольный термически обработанный брусок А - резец (рис. 1.1), а на столе станка в тисках закреплена заготовка Б.

Рис. 1.1. Схема работы резца

   При перемещении суппорта с закрепленным в нем резцом по направлению стрелки с заготовки Б будет удален слой металла глубиной t. Если нижнюю плоскость резца обработать под углом а, то трение между задней

6

1.1. Сущность и виды обработки материалов резанием

поверхностью резца и заготовкой уменьшится. Если переднюю плоскость резца направить под углом у, то облегчится врезание резца в металл и уменьшится сила резания. Следовательно, изменяя форму резца, можно последовательно уменьшать как трение его о поверхность резания, так и деформацию металла при образовании стружки, облегчая тем самым процесс резания.
   На рисунке 1.1 видно, что с увеличением углов а и у уменьшается угол р, образованный передней и задней плоскостями (так называемый угол заострения). Чем меньше угол заострения р, тем острее клин и тем меньшее усилие требуется для его врезания в металл. Но уменьшение угла заострения приводит к механической непрочности резца, что ограничивает увеличение углов а и у.
   В зависимости от используемого типа инструмента механическая обработка резанием подразделяется на лезвийную и абразивную.
   Абразивный инструмент - режущий инструмент, изготовленный из ориентированных различным образом режущих зерен абразивного материала, каждое из которых представляет собой микроклин. Зерна соединены между собой связующим веществом (связкой). Между зернами имеются поры (пустоты).
   Основные абразивные инструменты:
   шлифовальный круг - представляет собой твердое тело вращения, предназначен для шлифования;
   отрезной круг - предназначен для абразивной отрезки и абразивной прорезки;
   абразивный шевер - имеет форму зубчатого колеса;
   шлифовальная шкурка - инструмент на гибкой основе (бумажной или тканевой) с нанесенным на нее слоем шлифовального материала, закрепленного связкой.
   Лезвийный инструмент - режущий инструмент с заданным числом лезвий, имеющих острую режущую

7

I. Общие снедения о механической обработке материалов резанием

кромку определенной геометрической формы. К лезвийным инструментам относят:
   резец - однолезвийный инструмент для обработки с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в нескольких направлениях;
   фреза - лезвийный инструмент для обработки с вращательным главным движением резания инструмента без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения;
   сверло - осевой режущий инструмент для образования отверстий в сплошном материале или для увеличения диаметра имеющегося отверстия;
   зенкер - осевой режущий инструмент для повышения точности формы отверстия и увеличения его диаметра;
   развертка - осевой режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстий и уменьшения шероховатости поверхности;
   метчик - осевой многолезвийный инструмент для образования и обработки внутренней резьбы;
   плашка - осевой многолезвийный инструмент для образования и обработки наружной резьбы;
   протяжка - многолезвийный инструмент, лезвия режущего участка которого расположены один за другим в направлении главного движения резания и выступают одно над другим в направлении, перпендикулярном направлению этого движения, осуществляемого без движения подачи;
   долбяк - металлорежущий инструмент для нарезания зубьев прямозубых и косозубых зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления, зубчатых венцов шевронных колес с канавкой и без нее, зубчатых колес блоков, зубча

8

1.1. Сущность и виды обработки материалов резанием

тых колес с выступающими фланцами, ограничивающими свободный выход инструмента и зубчатых реек;
   комбинированный инструмент - представляет собой сочетание нескольких одно- или разнотипных инструментов.
   Виды режущего инструмента представлены на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Режущий инструмент:
1 - резец; 2 — метчик; 3 — плашка; 4 — зенкер;
5 - сверло; 6 — протяжка; 7 - фреза; 8 - долбяк;
9 - шевер; 10 - развертка; 11 — комбинированный инструмент;
12 - червячная фреза; 13 - шлифовальный круг

   На заготовке различают:
   обрабатываемую поверхность, с которой срезается слой металла (припуск);

9

I. Общие снедения о механической обработке материалов резанием

   обработанную поверхность, с которой припуск уже срезан;
   поверхность резания, образуемую в процессе обработки главной режущей кромкой инструмента.
   Чтобы срезать с заготовки слой металла, режущему инструменту и заготовке необходимо сообщить относительные движения. Эти относительные движения обеспечиваются рабочими органами станков, в которых заготовка и инструмент устанавливаются и закрепляются. Движения рабочих органов станков делят на рабочие, или движения резания, установочные и вспомогательные.
   Движения резания - это движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла. К ним относят главное движение резания и движение подачи.
   Главное движение резания Dᵣ определяет скорость деформирования материала и отделения стружки. Главное движение резания может входить в состав сложного формообразующего движения (например, при точении резьбы).
   Движение подачи Dₛ обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными, прерывистыми, вращательными, поступательными, однако главное движение всегда одно, а движений подачи может быть несколько.
   Скорость главного движения резания обозначают буквой v, скорость движения подачи (величину подачи) - S. Скорость резания V, подача S и глубина резания t являются основными режимами резания.
   Установочными называют движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее заданного слоя материала.
   К вспомогательным движениям относят закрепление заготовки и инструмента, быстрое перемещение рабочих органов станка, переключение скоростей движений резания, транспортирование заготовки и т. д.

10