Исследование размерного износа режущего инструмента

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по «Технологии сельскохозяйственного машиностроения»

Саранск 2007 г.

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Цель работы

1. Выяснить, как влияет интенсивность изнашивания режущего инструмента на точность механической обработки.

2. Изучить методику исследования износа лезвенного режущего инструмента.

3. Приобрести навыки, но определению величины износа токарных резцов.

Оборудование и инструмент

Токарно-винторезный станок 1K62 с трехкулачковым самоцентрирующимся патроном и задним центром; специальное приспособление для измерения длины резца с головкой индикаторного типа с ценой деления 0,002 мм; токарные проходные резцы с главным утлом в плане φ30º, 45º; заготовки: валы из стали 40, 45 диаметром 40..60 мм

Порядок проведений работы

1. Ознакомиться с теоретическими положениями

2. Изучить порядок измерения длины резца и определения величины его износа.

3. Провести необходимые измерения величины износа резца, постро­ить кривую его изнашивания

4. Составить отчет по работе.

Теоретические положения

Неточность режущего инструмента непосредственно переносится на обрабатываемые заготовки, обуславливая появление систематических по­грешностей формы и размеров обрабатываемых поверхностей. Однако в связи с этим точность изготовления режущею инструмента на специ­альных инструментальных заводах или в инструментальных цехах машиностроительных предприятий обычно достаточно высока, неточность изготовления инструментов практически мало отражается на точность изготов­ления деталей Значительно большее влияние на точность обработки заготовок оказывают погрешности режущего инструмента, связанные с его износом.

Износ режущею инструмента при работе на настроенных станках по методу автоматического получения размером приводи: к возникновению функциональной (переменной) систематической погрешности обработки т.е. погрешности, закономерно неменяющейся во времени. При чистовой обработке заготовок изнашивание резцов происходит по их задней поверхности, что вызывает отдаление вершины от центра вращения заготовки, и, как следствие, увеличение (при обточке) или уменьшение (при расточке) диаметра обрабатываемой поверхности заготовки.

Механизм изнашивания режущего инструмента при механической об­работке конструкционных материалов очень сложен. Здесь имеют место абразивный, адгезионный и диффузионный виды изнашивания.

Абразивное изнашивание происходит и результате сцарапывания (сре­зания) микроскопических объемов материала инструмента твердыми струк­турными составляющими материала обрабатываемой заготовки.

Адгезионное изнашивание является результатом действия значитель­ных сил молекулярного сцепления (прилипания, сваривания) между мате­риалом заготовки и инструмента, вызывающих при их относительном пере­мещении вырывание части материала с поверхности режущего инструмен­та. Данный вид изнашивания имеет локальный характер и возникает на ма­лых участках контакта поверхностей инструмента с поверхностями заго­товки и стружки, в местах повышенных пластических деформаций и тем­ператур.

Диффузионное изнашивание является результатом взаимного раство­рения обрабатываемого материала и материала инструмента

Однако, в чистом виде вышеприведенные виды изнашивания практи­чески не встречаются На практике имеют место сложные процессы меха­нического и молекулярного взаимодействия между инструментом и заготовкой. Так научные исследования последних лет в области материаловедения с использованием синергетического подхода к анализу процессов фения деталей машин позволяют утверждать, что твердым сплавам, применяю­щимся при изготовлении режущего инструмента, присущ механизм адге­зионно-усталостного изнашивания. Под действием сил резания, а также вибрационных процессов, происходит упруго-пластическое деформирова­ние материала заготовки и инструмента. На контактных поверхностях ин­струмента из твердых сплавов трансформации подвергаются, прежде всего, крупные участки связующей фазы, роль которой выполняет кобальт (Со). В результате на границе между зернами карбидов вольфрама, титана или тантала и связкой создается концентрация напряжений. «Раскачка» зерен карбидной фазы в конечном итоге приводит к их вырыванию с поверхно­сти режущей части инструмента.

В соответствии с общепризнанными закономерностями изнашивания инструментальных материалов при трении скольжения, в начальный пе­риод работы инструмента, называемый периодом начального износа (уча­сток I на рис. 1.1), его износ наиболее интенсивен. В этот период происхо­дит приработка лезвия режущего инструмента, сопровождающаяся сцара-пыванием и выкрашиванием его микровыступов, что приводит к снижению шероховатости поверхностей рабочей части инструмента. Начальный износ U_H и его продолжительность L_H (т.е. продолжительность приработки инст­румента) зависят от материала режущей части инструмента и обрабаты­ваемой заготовки, качества заточки и доводки ее поверхностей, а также режимов резания. Обычно продолжительность начальною износа находит­ся в пределах 500...2000 м.

Рис. 1.1. Зависимость износа инструмента от длины пути резания

Второй период изнашивания (участок II) характеризуется нормальным износом инструмента, прямо пропорциональным пути резания. Интенсив­ность этого периода изнашивания принято оценивать относительным (удельным) износом U₀ (мкм/км), определяемым зависимостью U₀ U/L, где U - размерный износ в микрометрах на пути резания L в зоне нормального изнашивания в километрах. Длина пути резания L при обработке ста­ли резцами Т15К6 может достигать 50 км.

Третий период изнашивания (участок III) соответствует наиболее ин­тенсивному катастрофическому износу, сопровождающемуся значитель­ным выкрашиванием и поломками инструмента, недопустимыми при нор­мальной его работе.

Расчет износа режущею инструмента, влияющего на точность меха­нической обработки, применительно к условиям нормального изнашивания, протекающего в зоне III, производят по формуле:

, (1.1)

где U – размерный износ режущего инструмента, мкм, L – длина пути резания, м.

Длина пути резания применительно к точению определяется следую­щим образом

где D - диаметр обрабатываемой заготовки, мм, l - длина обрабаты­ваемой поверхности заготовки, мм, S - подача, мм/об.

При торцовом фрезеровании длину L пути резания можно приближенно определить по формулам

, (1.3)

где l - длина хода, мм: В - ширина фрезеруемой площадки, мм; S₀ -подача фрезы на оборот, мм/об, z - число зубьев фрезы; S_Z - подача фрезы на зуб, мм/зуб.

Установлено, что при фрезеровании интенсивность изнашивания ре­жущего инструмента выше, чем при точении, что связано с неблагоприят­ными условиями его работы. Относительный износ U_офр инструмента при фрезеровании больше относительного износа U₀ определяемого по фор­муле (1,1), применительно к условиям точения, т.е.

(1.4)

Величина 100/В учитывает число врезаний зуба фрезы при фрезерова­нии заготовки шириной В.

Расчет по вышеприведенным уравнениям применим к условиям нор­мальною износа инструмента (зона II рис 1.1). При определении нового или вновь заточенного инструмента расчет по чтим формулам даст зани­женный результат вследствие того, что не учитывается повышение интен­сивности изнашивания в период приработки инструмента на длине L_H реза­ния, увеличивающий суммарный износ на величину U­₁.

Для того чтобы, не усложняя расчет, учесть начальный износ инстру­мента, принято расчетную длину L пути резания, определенную по форму­лам (1.2) и (1 3), увеличивать на некоторую дополнительную величину L_доп (рис. 1.1). В этом случае выражение (1) получит вид:

(1.5)

Для доведенных инструментов дополнительный путь резания составляет 500 м, для заточенных – 1500 м.

Относительный (удельный) износ U₀ режущего инструмента в значительной мере зависит от материала, его режущей части и режима резания, материала обрабатываемой заготовки и жесткости технологической системы СПИД. Так при повышении жесткости технологической системы, способствующем уменьшению вибраций, интенсивность изнашивания режущего инструмента значительно снижается.

При увеличении подачи относительный износ инструмента несколько снижается, в то время как глубина резания существенного влияния на его износостойкость не оказывает.

Заметное влияние на относительный износ оказывает главный задний угол резца. С увеличением его с 8 до 15º относительный износ резцов Т15К6 при точении термообработанной стали 35ХМ со скоростью 140 м/мин возрос с 13 до 17 мкм/км, т.е. на 30%. Это объясняется ослаблением режущей кромки и ухудшением отвода теплоты из зоны резания.

Последовательность проведения работы

1. Рассчитать и выбрать режимы резания, руководствуясь теоретиче­скими положениями (ориентировочно можно принять t = 0.1…0,5 мм, s = 0,08…0,18 мм/об; V = 40...80 м/мин).

2. Замерить главные и вспомогательные углы токарного проходного резца.

3. Установить резец в приспособление (рис. 1.2) так, чтобы его базовые поверхности плотно прилегали к упорам приспособления. Закрепить в приспособлении индикаторную головку, обеспечив натяг не менее 0.1 мм. При таком положении резца индикатор поставить на нуль и снять резец.

4. Установить и закрепить на токарном станке заготовку и замерить ее диаметр.

5. Закрепить на станке резец. Настроим станок на заданные режимы резания.

6. Точить участок заготовки длимой l, после чего отвести резец и выключить станок.

7. Снять резец и охладить в воде, после чего установить его в приспо­собление и определить величину его размерного износа.

8. Повторить указанные в п. 6 и п.7 приемы для всех заданных в таблице I интервалов пути резания. Полученные значения занести в таблицу.

9. По полученным данным построить график функции U(L) по анало­гии с рис. 1, а также по соответствующим формулам рассчитать значения ве­личин U₀, U_H, L_доп.

1 – индикатор часового типа, 2 – резец, 3 – упорный винт, 4 – упоры

Рис. 1.2. Приспособление для измерения износа токарного резца

Составить отчет по работе

Содержание отчета

В отчете необходимо отразить основные теоретические положения, указать материал обрабатываемой заготовки и режущей части резца, при­вести значения его углоов, а также значения элементов режима резания. Результаты измерений и полученные расчетные данные необходимо предста­вить в виде табл. 1.1.

Таблица 1 I

№	Параметры	Пути резания (Li), м
	Участок резания от начала опыта, мм (li)
	Размерный износ, мкм

Привести график зависимости U (l), а также найденные величины U₀, U_H, L_доп.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные причины изнашивания режущего инструмента? Назовите виды износа?

2.Объясните характер «поведения» кривой износа. Назовите харак­терные зоны данной кривой. Каковы причины изменения интенсивности изнашивания инструмента по зонам?

3. Назовите пути повышения износостойкости режущего инструмента.

4. Как влияет износ инструмента на точность и качество механиче­ской обработки? Погрешности какого характера при этом возникают?

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА СИЛУ РЕЗАНИЯ P_z