Лабораторный практикум по технологии конструкционных материалов

А. Л. Майтаков, Н. Т. Ветрова, Л. Н. Берязева






            ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ


ПО ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие






















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.7
ББК 34.42
     М14



Рецензенты:
заведующий кафедрой металлорежущих станков Кузбасского государственного технического университета им. Т. Ф. Горбачёва, доктор технических наук, профессор А. Н. Коротков;
генеральный директор ООО «Фотон» кандидат технических наук В. С. Козымаев


     Майтаков, А. Л.
М14       Лабораторный практикум по технологии конструкционных матери-
     алов : учебное пособие / А. Л. Майтаков, Н. Т. Ветрова, Л. Н. Берязева. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 192 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1435-7

           Представлены лабораторные работы, в которых даны устройство и кинематические схемы токарно-винторезного и некоторых других видов металлорежущих станков. Рассматриваются типы резцов, свёрл и фрез, а также измерение их геометрических параметров. Приводится методика планирования эксперимента на примере исследования процесса пластической деформации металлов. Освещены вопросы производства различных видов заготовок.
           Для студентов механических специальностей вузов.

УДК 621.7
ББК 34.42











ISBN 978-5-9729-1435-7

     © Майтаков А. Л., Ветрова Н. Т., Берязева Л. Н., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение............................................................4
Лабораторная работа № 1. Измерение основных размеров и геометрических параметров режущей части токарного резца...........5
Лабораторная работа № 2. Измерение конструктивных размеров и геометрических параметров спирального сверла ......................15
Лабораторная работа № 3. Изучение устройства металлорежущих станков ...........................................................22
Лабораторная работа № 4. Токарно-винторезный станок. Устройство и наладка..........................................................39
Лабораторная работа № 5. Устройство и наладка токарно-револьверного станка модели 1341 ................................................50
Лабораторная работа № 6. Изучение процесса пластической деформации при резании металлов ..............................................62
Лабораторная работа № 7. Устройство и наладка универсального горизонтально-фрезерного станка модели 6Р81........................73
Лабораторная работа № 8. Обработка заготовок на шлифовальных станках.
Устройство плоскошлифовального станка модели 3Г71 .................85
Лабораторная работа № 9. Универсальная делительная головка.
Устройство и наладка...............................................97
Лабораторная работа № 10. Фрезы...................................112
Лабораторная работа № 11. Изготовление отливки в песчано-глинистых формах ...........................................................122
Лабораторная работа № 12. Разработка технологии изготовления отливки в разовых формах..................................................130
Лабораторная работа № 13. Основы обработки металлов давлением......145
Лабораторная работа № 14. Производство неразъемных соединений ....159
Лабораторная работа № 15. Устройство и наладка круглошлифовального станка модели 3Б12................................................173
Лабораторная работа № 16. Составление паспорта токарно-винторезного станка............................................................180
Литература........................................................186
Приложение. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики ..............................................187

3

ВВЕДЕНИЕ


    В ходе эксплуатации различных технологических машин и оборудования инженерным службам предприятий часто приходится сталкиваться с необходимостью изготовления той или иной детали взамен вышедшей из строя. Роль обработки резанием при этом является решающей, так как, как правило, невозможна сборка машин из деталей, не прошедших обработку на металлорежущих станках. Контакт необработанных поверхностей деталей и их относительное перемещение приведут в этом случае к повышенному износу и значительным давлениям, что неизбежно отразится на сроках эксплуатации таких машин.
    В результате механической обработки деталь приобретает необходимую геометрическую форму, точность размеров, взаиморасположение и шероховатость обработанных поверхностей.
    Данный лабораторный практикум дает представление о конструкции и геометрических параметрах некоторых типов металлорежущего инструмента (резцов, свёрл, фрез), предоставляет возможность изучить устройство различных типов металлорежущих станков (токарно-винторезного, вертикальносверлильного, универсально-фрезерного, плоскошлифовального, токарноревольверного). Одна лабораторная работа рассматривает вопросы процесса пластической деформации при резании металлов; в этой же работе рассматриваются вопросы планирования эксперимента.
    Четыре лабораторных работы затрагивают вопросы производства и расчета заготовок, полученных различными методами.
    Разделы лабораторного практикума написаны: лабораторные работы № 4, 5, 6, 7, 8 - доктором технических наук А. Л. Майтаковым, № 3, 11, 12, 13, 14, 15 - кандидатом технических наук Н. Т. Ветровой, № 1, 2, 9, 10, 16 - кандидатом технических наук Л. Н. Берязевой.
    Лабораторный практикум предназначен для студентов механических специальностей вузов.

4

Лабораторная работа № 1


ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

    Цель работы: ознакомление с основными типами токарных резцов и их назначением; приобретение навыков в измерении конструктивных и геометрических параметров токарных резцов.
    Приборы, принадлежности, инструменты: токарный резец, настольный угломер, универсальный угломер, штангенциркуль, радиусомер.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

    Многообразие видов поверхностей, обрабатываемых на станках токарной группы, привело к созданию большого количества различных типов токарных резцов. Токарные резцы подразделяют по назначению, материалу рабочей части, форме головки, направлению подачи, конструкции и сечению тела (стержня) резца [1].
    По назначению различают резцы: проходные, проходные упорные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные, фасонные и резьбовые. На рисунке 1.1 показаны наиболее часто применяемые типы токарных резцов:
     -      проходные резцы (рис. 1.1, а, б) применяют для обтачивания наружных цилиндрических (конических) поверхностей;
     -      проходные упорные резцы (рис. 1.1, в) имеют главный угол в плане 9 = 90°; они работают с продольной подачей и одновременно подрезают торец заготовки;
     -      подрезные резцы (рис. 1.1, г) применяют в основном для подрезания торцов; они работают с поперечной подачей;
     -      отрезные резцы (рис. 1.1, д) применяют для отрезания заготовок и точения канавок; они имеют одну главную и две вспомогательные режущие кромки. Для уменьшения трения вспомогательные задние поверхности затачивают под углами 91 = 1,5 - 2°;
     -      расточные резцы применяют для растачивания отверстий, предварительно просверленных или полученных в процессе штамповки или отливки. Расточные проходные резцы (рис. 1.1, е) используют для растачивания сквозных отверстий, а расточные упорные резцы (рис. 1.1, ж) - для растачивания глухих отверстий. Резцы для растачивания глухих отверстий имеют главный угол в плане 9 = 90°; а для растачивания сквозных отверстий 9 = 45-60°;
     -      галтельные резцы (рис. 1.1, з) применяют для точения закруглений (галтелей);
     -      фасонные резцы (рис. 1.1, и) предназначены для точения так называемых фасонных поверхностей, то есть поверхностей, имеющих сложную форму; они работают, как правило, с поперечной подачей;


5

      -       резьбовые резцы (рис. 1.1, к) предназначены для нарезания как наружных, так и внутренних резьб. Они работают с продольной подачей, величина которой равна шагу нарезаемой резьбы (t н.р.). При этом профиль резца должен соответствовать профилю нарезаемой резьбы.

Рис. 1.1. Типы токарных резцов и виды работ, выполняемых ими

    В качестве материала рабочей части токарных резцов используют твёрдые сплавы (чаще всего), минералокерамику (керметы), быстрорежущие стали. Углеродистые и легированные инструментальные стали для изготовления режущей части токарных резцов применяют редко.
    По направлению подачи проходные резцы подразделяют на правые и левые. У правых резцов (рис. 1.1, а, б) главная режущая кромка расположена с левой стороны, и они работают с подачей справа налево (от задней бабки к передней). У левых резцов главная режущая кромка расположена справа; они работают в обратном направлении, то есть от передней бабки к задней.
    По форме головки резцы могут быть прямыми (рис. 1.1, а), отогнутыми (вправо или влево) (рис. 1.1, б, г), изогнутыми (вверх или вниз) и с оттянутой головкой (рис. 1.1, д).

6

    По сечению стержня различают резцы прямоугольные, квадратные и круглые.
    По конструкции резцы могут быть:
     -      цельными (головка и тело изготовлены из одного материала);
     -       с приваренной встык головкой (например, головка из быстрорежущей стали, а державка резца - из малоуглеродистой стали);
     -      с припаянной пластинкой (твёрдого сплава или быстрорежущей стали);
     -      резцы с механическим креплением режущих пластинок.
    Широкое применение в промышленности находят резцы с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками. Когда одно из режущих лезвий пластинки выходит из строя вследствие затупления, в рабочее положение устанавливается следующее её лезвие. Пластинки могут быть трёх-, четырёх-, пяти- и шестигранными.

Рис. 1.2. Элементы и части токарного резца


    Элементы и части токарного резца


     Токарный резец состоит (рис. 1.2) из головки А, которая является его рабочей частью, и тела Б, служащего для закрепления резца в резцедержателе [1].
    На рабочей части резца имеются следующие элементы:
     -      передняя поверхность 1, по которой сходит стружка;
     -        главная задняя поверхность 2, обращенная к обрабатываемой поверхности заготовки;
     -        вспомогательная задняя поверхность 3, обращенная к обработанной поверхности заготовки;
     -        главная режущая кромка 4, образованная пересечением передней поверхности с главной задней поверхностью;
     -        вспомогательная режущая кромка 5, образованная пересечением передней поверхности со вспомогательной задней поверхностью;
     -        вершина резца 6, образованная пересечением главной и вспомогательной режущих кромок.


7

Поверхности заготовки и координатные плоскости резца

Рис. 1.3. Поверхности заготовки и координатные плоскости резца

     На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности (рис. 1.3):
     -        обрабатываемую поверхность 1, представляющую собой поверхность, с которой срезается слой материала (припуска);
     -        обработанную поверхность 3 - поверхность, полученную после снятия припуска;
     -        поверхность резания 2, образуемую непосредственно главной режущей кромкой резца.
     Для определения углов резца в качестве исходных установлены следующие координатные плоскости:
     -        плоскость резания - это плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку резца;
     -        основная плоскость - это плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач;
     -        главная секущая плоскость - это плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки резца на основную плоскость;
     -        вспомогательная секущая плоскость - это плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки резца на основную плоскость [1].


    Углы резца и их влияние на процесс резания


     У резца различают главные и вспомогательные углы. Главные углы оказывают решающее влияние на процесс резания; их измеряют в главной секущей плоскости N-N (рис. 1.4).
    Главный задний угол а - это угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Он служит для уменьшения трения между главной задней


8

поверхностью резца и поверхностью резания. Однако при значительном увеличении а снижается прочность резца. Для обработки вязких материалов и снятия тонких стружек применяют резцы с большими углами а. При резании твёрдых и хрупких материалов выбирают меньшие углы. Обычно величина главного заднего угла резцов лежит в пределах 6-12°.


Рис. 1.4. Углы резца

    Передний угол у - это угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания. Различают положительный передний угол (передняя поверхность направлена вниз от плоскости, перпендикулярной плоскости резания), угол равный нулю (передняя поверхность перпендикулярна плоскости резания) и отрицательный передний угол (передняя поверхность направлена вверх от плоскости, перпендикулярной плоскости резания). С увеличением переднего угла (в плюс) облегчается врезание резца в материал заготовки, уменьшается деформация срезаемого слоя (стружки), облегчается сход стружки, уменьшаются силы резания и расход мощности. Вместе с тем увеличение переднего угла (в плюс) приводит к уменьшению прочности режущего клина. Поэтому при использовании хрупких инструментальных материалов (твёрдые сплавы, минералокерамика и др.) для повышения прочности и стойкости инструмента следует применять отрицательные, нулевые и малые

9

положительные передние углы, а при работе более прочным инструментом из быстрорежущих сталей используются положительные передние углы в пределах 10-30°.
    Угол заострения р - это угол между передней и главной задней поверхностями резца. Уменьшение угла р приводит к ослаблению режущего клина и снижению его прочности, а также к ухудшению отвода тепла от главной режущей кромки резца.
    Угол резания 8 - это угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. Как видно из рис. 1.4:
а + р + у = 90°,                      (1.1)
S = а + р.                          (1.2)
    Существенное влияние на процесс резания оказывает вспомогательный задний угол И1, измеряемый во вспомогательной секущей плоскости N1-N1 (рис. 1.4) и представляющий собой угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Угол И1 служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности резца об обработанную поверхность заготовки.
    В основной плоскости рассматриваются углы в плане (рис. 1.4).
    Главный угол в плане 9 - это угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. С уменьшением угла 9 увеличивается длина активной части главной режущей кромки, что улучшает теплоотвод и уменьшает износ инструмента. Одновременно улучшается шероховатость обработанной поверхности. Однако при слишком малых значениях угла 9 резко возрастает сила резания Py, стремящаяся отжать резец от заготовки, что приводит к вибрациям технологической системы и, как следствие, ухудшению качества обработанной поверхности и увеличению износа резца. Обычно 9 = 30-90°.
    Вспомогательный угол в плане 91 - это угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, противоположным направлению подачи. Угол 91 служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности об обработанную поверхность заготовки.
    Угол при вершине в плане е - это угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. Из рис. 1.4:
Ф + Ф1 + s = 180°.                    (1.3)
    Угол наклона главной режущей кромки к - это угол, заключенный между главной режущей кромкой резца и плоскостью, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 1.4). Этот угол измеряется в плоскости резания и считается положительным, когда вершина резца является низшей точкой режущей кромки; отрицательным, когда вершина резца является высшей точкой режущей кромки; равным нулю - при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости. Угол к влияет на направление схода струж



10

ки: при X > 0 стружка сходит в направлении обработанной поверхности, царапая её; при X < 0 стружка сходит в направлении обрабатываемой поверхности. Положительный угол X, кроме того, упрочняет вершину инструмента. Поэтому, при черновой обработке, при прерывистом резании, а также при обработке закаленных материалов угол X задаётся положительным (до 15-20°), а при чистовой обработке для предотвращения царапания стружкой обработанной поверхности рекомендуются резцы с отрицательными значениями угла X [1, 2].



Рис. 1.5. Настольный угломер


    Измерение углов резца


    Измерение углов резца производится настольным и универсальным угломерами.
    Настольным угломером измеряются величины углов у, a, ai, X.
    Настольный угломер (рис. 1.5) состоит из основания 1 и стойки 2, по которой может перемещаться вверх и вниз сектор 4 с градусной шкалой. В заданном положении сектор крепится на стойке винтом 3. На секторе укреплена поворотная пластина 5 с указателем. Положение поворотной пластины фиксируется винтом 6.
    При измерениях резец укладывается на основание угломера. Сектор 4 устанавливается в рассматриваемой плоскости. Поворотная пластина прикладывается измерительными кромками А или Б к соответствующим поверхностям резца «без просвета». Абсолютная величина углов определяется по градусной шкале. Знаки находятся только для углов у и X. Остальные углы могут быть только положительными. Для измерения углов у и X используется кромка А поворотной пластины, а для измерения углов a и ai - кромка Б.
    Универсальным угломером измеряются углы в плане ф, ф1 и а (рис. 1.6).


11