Лабораторная работа №2.
Изучение металлорежущего инструмента.
1. Цель работы:
Ознакомление
с основным станочным металлорежущим инструментом, с видами выполняемых ими
работ, с материалом инструмента.
2. Общие сведения.
Обработка
резанием заключается в образовании новых поверхностей путем деформирования и
последующего отделения поверхностных слоев металла с образованием стружки.
К обработке
металлов резанием относятся следующие процессы:
1.
Точение
2.
Строгание
3.
Сверление
4.
Фрезерование
и т.д.
В процессе обработки резанием различают рабочее движение
двух видов:
Главное – определяющее скорость отделения стружки.
Движение подачи – обеспечивающее врезание режущей
кромки инструмента в новые слои
металла.
К режущему инструменту относятся: резцы
(токарные, строгальные и долбежные), сверла, зенкеры, развертки, зенковки,
цековки, машинные метчики, фрезы, протяжки, зубонарезный, абразивный инструмент
и др. В данной работе изучение токарных
резцов проводится подробнее, чем изучение другого режущего инструмента. Строгальный резец предназначен для
получения плоских поверхностей, но может применяться для отрезки. Для
уменьшения заедания резца, при резании, стержень строгальных резцов
рекомендуется делать изогнутым. Изогнутые резцы позволяют также получить более
точную обработку, поэтому при чистовой обработке обязательны (рис. 1; а, б). Долбежные станки обрабатывают вертикальные поверхности (рис.2) С помощью спиральных сверл проводят
следующие работы: Сверление – процесс образования
сквозных и глухих отверстий (рис.3; а, б).
Рассверливание – процесс
увеличения имеющегося цилиндрического отверстия (рис. 3; в). Зенкером проводится зенкерование т.е.
обработка уже имеющегося отверстия с целью увеличения диаметра, получения более
правильной геометрической формы отверстия, повышения точности и уменьшения
шероховатости поверхности отверстия (рис. 4; а). Зенкование – процесс получения
цилиндрических углублений, соосных с уже имеющимися отверстиями. Например для
установки головки винта заподлицо с поверхностью (рис.4; б). Развертывание – процесс окончательной
обработки цилиндрических и конических отверстий с целью достижения высоких
классов точности и низкой шероховатости поверхности (рис.5) Зенкование зенковкой – процесс
получения конических углублений соосных с имеющимися отверстиями (головка винта
конусная) (рис.6) Цекование цековкой – процесс
обработки плоских поверхностей, перпендикулярных к оси отверстия (рис. 7). Инструментом при фрезеровании
являются фрезы (многлезвийные инструменты), которые делятся на следующие
основные типы: 1.
Фрезы цилиндрические, изготовленные цельными из
быстрорежущей стали (рис.8), со вставленными ножами из быстрорежущей стали
(рис.9) или пластинами из твердых сплавов. 2.
Фрезы торцевые, изготовленные цельными из быстрорежущей
стали (рис. 10), со вставными ножами из быстрорежущей стали (рис. 11) или
оснащенными пластинами из твердых сплавов (рис. 12) 3.
Фрезы концевые, изготовленные цельными из быстрорежущей
стали и с пластинами из твердых сплавов (рис. 13). 4.
Фрезы дисковые, оснащенные вставными ножами из
быстрорежущей стали или пластинами из
твердого сплава (рис. 14) 5.
Фрезы прорезные, изготовленные цельными из
быстрорежущей стали (рис.15). 6.
Фрезы угловые и фасонные (рис. 16). На фрезерных станках выполняют
следующие работы: 1)
обработку плоских горизонтальных плоскостей
цилиндрическими торцевыми фрезами; 2)
обработку наклонных поверхностей угловыми и торцевыми
фрезами; 3)
обработку вертикальных поверхностей концевыми и
дисковыми фрезами; 4)
одновременное получение горизонтальных и вертикальных
поверхностей дисковой фрезой; 5)
получение фасонных поверхностей фасонной фрезой; 6)
получение паза (в том числе Т – образного и фасонного)
торцевой, концевой, дисковой и фасонной фрезой. На протяжных станках с помощью
протяжек (рис. 17) получают профили, изображенные на рис. 18.
3. Изучение токарных резцов.
Токарный резец состоит из
головки, то есть рабочей части, и тела или стержня («Державки»), служащей для
закрепления резца в резцедержателе.
Строение токарного резца показано на рис. 19.
Резцы классифицируют:
1.
По роду работы (рис. 20)
2.
По виду обработки: проходной, подрезной, отрезной,
разточный, резьбовой (рис. 21; а, б, в, г, д).
3.
По направлению подачи: правый, левый (рис.22)
Правыми резцами называются такие,
у которых при наложении на них сверху ладони правой руки (так, чтобы четыре
пальца были направлены к вершине) главная режущая кромка оказывается
расположенной на стороне большого пальца. При работе такими резцами на токарном
станке они перемещаются справа налево (от задней бабки к передней).
Левыми резцами называются такие, у которых при
наложении ладони левой руки главная режущая кромка оказывается расположенной на
стороне большого пальца.
4.
По форме головки (прямые, отогнутые, изогнутые, с
отогнутой головкой) (рис.23)
5.
По форме режущей кромки (рис.24)
6.
По форме передней
поверхности (рис.25)
7.
По креплению режущей части (рис.26)
8.
По материалу режущей части: быстрорежущая сталь,
твердый сплав, алмаз, металлокерамика.
Углеродистые легированные стали для
изготовления режущей части резцов в настоящее время не применяются, их
используют для изготовления хвостовой части резца, а также для изготовления
фрез, сверл и т.д.
Режущая часть резца имеет форму
клина, заточенного с определенными углами. Для определения углов резца
устанавливают следующие исходные плоскости: 1.
Плоскость резания – плоскость, касательная к
поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку. 2.
Основная плоскость – плоскость, параллельная продольному и поперечному перемещению резца. Главные узлы резца измеряются в
главной секущей плоскости, то есть в плоскости, перпендикулярной к проекции
главной режущей кромки на основную плоскость. К главным резцам относятся: Главный задний угол () – угол между
касательной к главной задней поверхности резца в рассматриваемой точке и
плоскостью резания. Главный передний угол () – угол
между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости
резания и проходящей через главную режущую кромку. Угол заострения () – угол между
передней и главной задней поверхностями резца. Угол резания 9) – угол между
передней поверхностью резца и плоскостью резания. Главным углом в плане () –
называется угол между проекцией главной
режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.
5. Инструментальные материалы, их применение.
Все материалы, применяемые для
изготовления режущего инструмента, можно разбить на следующие группы:
─
инструментальные углеродистые стали,
─
инструментальные легированные стали,
─
быстрорежущие стали,
─
твердые сплавы,
─
керамические материалы,
─
алмазы.
1.
Инструментальные углеродистые стали содержат 0,65-1,
40% углерода. Маркируются У7, У8…У13, 113А. Буква У показывает, что сталь
инструментальная, цифра показывает содержание углерода в десятых долях
процента. Буква А показывает, что сталь высококачественная.
Инструмент из углеродистой
стали, применяемый для резания металла (резцы, фрезь, сверла и т.д.),
изготавливаются из марок У9 – У13А. Такой инструмент выдерживает при резании
температуру до 200-250°С.
2.
Легированные инструментальные стали обычно содержат 0,9
– 1,4%С суммарное содержание легирующих элементов не более 5%. По сравнению с
углеродистыми эти стали имеют более
высокую износоустойчивость, повышенную твердость, выдерживают температуру при
резании до 250-300°С. Это позволяет работать на скоростях в 1,2-1,4 раза больших
по сравнению со скоростями резания при применении углеродистых сталей.
Наибольшее применение для изготовления режущего инструмента имеют стали:
Хромокремнистая (9ХС),
Хромовольфрамовая (ХВ5),
Хромовольфрамомарганцовистая
(ХВГ)
3.
Быстрорежущие стали содержат 0,7 – 1,5, 5%С,до 18%W, до
4,5% Cґ, до 5%V, до 10%Со. Быстрорежущая сталь обозначается буквой Р и цифрой,
указывающей содержание вольфрама в % (Р9, Р18). Эти стали имеют теплостойкость
до 600˚С, что позволяет увеличить скорость резания в 2-3 раза по сравнению с
резанием инструментом из углеродистой стали.
1 % молибден в быстрорежущей
стали заменяют 2% вольфрама. Молибденовые стали (Р6МЗ, Р6М5, Р0М4) используют
для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для
изготовления протяжек, фрез, сверл и другого инструмента.
Повышение твердости, теплостойкости
быстрорежущих сталей достигается увеличением содержания ванадия и
дополнительным легированием стали кобальтом.
4.
Твердые сплавы сохраняют высокую твердость при нагреве
до 800-900˚С. Твердые сплавы значительно превосходят быстрорежущие и другие
инструментальные стали по твердости, износостойкости, теплопрочности, но
уступают по прочности на изгиб, являясь более
хрупким.
Твердые сплавы состоят из
частиц очень твердых и тугоплавких карбидов, равномерно распределенных в мягкой
эвтектике на основе кобальта. С увеличением содержания кобальта снижается
твердость и износостойкость, но повышается прочность сплавов.
Для изготовления
металлорежущих инструментов применяются:
А) однокарбидные или
вольфрамовые твердые сплавы, состоящие из зерен карбида вольфрама(),
сцементированных кобальтом. Ктаким сплавам относятся:ВК2, ВКЗМ,ВК4, ВК6, ВК6М,
ВК8, ВК8В. Цифра показывает содержание кобальта в процентах, последние буквы
обозначают структуру сплава: М – мелкозернистую, В – крупнозернистую.
Например: ВК8В – сплав,
содержащий 8% кобальта, 92% - карбида вольфрама и имеющий крупнозернистую
структуру.
Б) двухкарбидные или
титановольфрамовые твердые сплавы, состоящие из зерен твердого раствора карбида
вольфрама и карбида титана, сцементированных кобальтом.
К таким сплавам относятся:
Т5К10, Т14КВ, Т15К6, Т30К4, Т5К12В. Последний содержит 5% карбида титана(), 12%
кобальта, остальное (83%) карбид вольфрама, структура крупнозернистая.
В) трехкарбидные и титановольфрамовые
твердые сплавы, состоящие из зерен твердого раствора: карбид вольфрама –
избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. К таким сплавам
относятся Т17К15 и др. Т17К15 содержит 7% Т.С+ТаС,Со=15%.
Твердость сплавов определяется
содержанием карбидов – чем их больше в сплаве, тем выше его твердость. Но с
увеличением твердости уменьшается вязкость твердого сплава – он делается более
хрупким и плохо выносит нагрузку на изгиб и срез, особенно, если нагрузка носит
ударный характер.
Вязкость твердых сплавов зависит от
зернистости и от содержания кобальта вольфрамовые сплавы, например, делят на:
А) более прочные и вязкие, но менее износостойкие ( ВК8, ВК6);
Б) менее прочные и вязкие, но более
износостойкие (ВК2, ВК3М).
Исходя из всего указанного, вольфрамовые
сплавы применяют при обработке чугунов, закаленных углеродистых и легированных
сталей, когда имеет место или получается стружка «надлома». Причем черновая
обработка ведется сплавами ВК8, ВК6, а чистовая сплавамиВК2 и ВК3М.
При обработке накаленных углеродистых и
легированных сталей, когда имеет место большое истирающее действие стружки по
передней поверхности инструмента, применяют титановольфрамовые сплавы, которые
более тверды и износостойки, но менее вязки.
Эти же сплавы применяют при точении (без
ударов и при отсутствии загрязненной корки) жаропрочных сталей и сплавов,
обладающих повышенной вязкостью и пониженной теплопроводностью.
Титановольфрамовые сплавы делятся
на:
А) наиболее прочные, но
обладающие низкой износостойкостью (Т5К10);
Б) менее прочные, но более
износостойкие (Т14К8, Т15К6);
В) сплавы хрупкие, но более
износостойкие (Т30К1).
Сплав Т5К10 применяется для
предварительной обработки сталей, при прерывистом резании, при больших подачах
(толстых стружках).
Сплавы Т14К8, Т15К6 применяются для
получистовой обработки сталей со средними значениями подач.
Сплав Т30К4 – для чистовой обработки
сталей с малыми значениями подач и
непрерывным резанием на высоких скоростях.
Титанотанталовольфрамовые сплавы по
прочности и стойкости являются промежуточными между быстрорежущей сталью и
сплавом Т5К10. Они хорошо себя зарекомендовали при черновом резании с большой
толщиной стружки, пори работе с ударом (при строгании, фрезеровании), при
сверлении.
5.
Минералокерамические материалы во многих случаях
успешно заменяют твердые сплавы. К минералокерамическим материалам относят
термокорунд, микролит, керметы.
Термокорунд и микролит изготавливают
прессованием и специальной термической обработкой глинозема ().
Керметы кроме окиси аммония имеют в
своем составе металлы в количестве до 10% (). Присадка этих металлов уменьшает
хрупкость, не понижает износостойкость.
6.
Алмазный инструмент применяется пока как отделочный
инструмент для цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов.
Алмазный порошок используют для приготовления алмазно-абразивного инструмента
(кругов, дисков, паст и т.д.).
| 
