Робота №7 ВИМІРЮВАННЯ КУТІВ ЗАТОЧУВАННЯ ТОКАРНОГО РІЗЦЯ Мета роботи: 1. Вивчити інструментальні матеріали. 2. Ознайомитись із основними елементами конструкції токарного різця. 3. Навчитись вимірювати кути різця. 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ОБРОБКУ МЕТАЛІВ РІЗАННЯМ В сучасній техніці обробки металів різанням на металорізальних верстатах має велике значення, тому що вона є єдиним технологічним процесом, за допомогою якого одержуємо необхідну форму, точність розмірів деталей машин і чистоту їх робочих поверхонь. Методи обробки металів різанням дуже різноманітні. Широке росповсюдження мають точіння, розточування, свердління, стругання, фрезерування, протягування, шліфування і т.д. Кожен з цих методів здійснюється інструментами на металорізальних верстатах. Надійсніть будь-якого з цих методів механічної обробки залежить від якості матеріалу, з якого виготовлений різальний інструмент, від його геометрії, а також від потужності і швидкохідності металорізальних верстатів. За останні роки вчені, інженери провели велику роботу по винаходу нових високонадійних інструментальних матеріалів, зокрема таких як: металокерамічні тверді сплави і мінералокерамічні сплави. Велику роботу в розвитку і удосконаленні механічної обробки металів провели також новатори виробництва, які застосували в практиці високонадійні різці для швидкісного і силового різання металів. Успішне виготовлення деталей на металорізальних верстатах неможливе без знання властивостей інструментальних матеріалів, геометрії різального інструмента і будови металорізальних верстатів. 2. ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ Інстументальними називаються такі матеріали, з яких виготовляють різальні інструменти. При різанні металів виникає великий тиск стружки і оброблюваної заготовки на різальний інструмент. Виникаючі при цьому сили – тертя між стружкою і передньою поверхнею інструмента, між оброблюваною заготовкою і задньою поверхнею, а також внутрішні сили тертя частин деформованого металу є джерелами утворення тепла в процесі різання – все це приводить до притуплення інструменту. Тoму матеріали, що ідуть на виготовлення різальних інструмеyтів, повинні мати високу твердість, міцність і теплостійкість. Твердість інструментальних сталей після термічної обробки визначається по Роквеллу за шкалою С з навантаженням на алмазний конус 150 кгс, а твердих сплавів – за шкалою А з навантаженням 60 кгс. Теплостійкість визначається температурою, при якій матеріал інструмента втрачає свою початкову твердість і швидко притупляється. Працездатність будь – якого інструмента залежить від здатності його зберігати різальні властивості. Всі матеріали, що застосовуються для виготовлення різального інструмента, можна розділити на такі групи: а) вуглецеві інструментальні сталі; б) леговані інструментальні сталі; в) швидкорізальні сталі; г) металокерамічні тверді сплави; д) мінералокерамічні сплави. а) Вуглецеві інструментальні сталі містять від 0,6 до 1,4% вуглецю. Чим більше вуглецю, тим більшу твердість має сталь після загартування і відпуску. Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на два класи: клас І – якісні сталі; клас ІІ – високоякісні сталі. Класи вуглецевих інструментальних сталей поділяються на марки У7-У7А; У8А; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. В позначенні марки сталі за ДЕСТом “У” показує, що сталь “вуглецева”, цифра показує середню кількість вуглецю в десятих долях відсотка, а буква “А” на те, що ця сталь високоякісна, яка має понижену кількість сірки і фосфору ( S і P 0,03% кожного). Недоліком вуглецевих і інструментальних сталей є низька теплостійкість, яка дорівнює 200 – 2500 С. Тому їх застосовують для виготовлення інструмента, що працює при низьких швидкостях різання, наприклад, напилків, ручних розверток і інших інструментів. Вони працюють з швидкістю різання від 5 до 10 м/хв. б) Леговані інструментальні сталі мають, крім вуглецю, легуючі елементи: хром, кремній, вольфрам, ванадій, марганець, які надають сталі стійкість проти спрацьовування, збільшують прогартованність і зменшують деформацію. Завдяки зменшеної деформації при загартуванні вони використовуються для виготовлення складних і точних інструментів, таких як: мітчики, плашки, розвертки, протяжки і т.д. Найбільш поширені марки легованої сталі це: 9ХС – хромиста сталь, ХВГ – хромовольфрамомарганцева сталь, ХВ5 – хромовольфрамова сталь і інш. В марці легованої сталі цифра зліва показує середню кількість вуглецю в десятих долях відсотку; букви справа від цифри показують легуючі елементи: Г – марганець С – кремній Х – хром
В – вольфрам Ф – ванадій
цифри після букв показують вміст даного елемента в цілих числах. Наприклад: сталь марки 7Х3 має 0,7% вуглецю і 3% хрому. Теплостійкість цих сталей – 350-4000 С, що дає можливість інструменту, виготовленому з них працювати на більш високих швидкостях різання. в) Швидкорізальна сталь застосовується лише для виготовлення верстатного різального інструмента (різців, свердл, фрез і т.д.). Найпоширенішими є дві марки швидкорізальної сталі – Р18 і Р9, хімічний склад яких приведений в таблиці 1. Таблиця 1 Хімічний склад, %
Швидкорізальна сталь має теплостійкість 570-6000С і твердість 65 – 67 Rc. Високої твердості й теплостійкості вона набуває внаслідок термічної обробки і вмісту в ній понад 8% вольфраму і 3,8 – 4.4% хрому. Термічну обробку цієї сталі проводять так: спочатку її повільно нагрівають до температури 840-8700С, потім швидко підігрівають до температури 1260-12800С (для марки Р18), охолоджують в маслі і відпускають при повторному нагріванні 2-3 рази при температурі 550-5600С. г) Металокерамічні тверді сплави мають високу твердість (HRA=88-94), яка близька до твердості алмазу, і високу теплостйкість 800-11000С. Вони термічно не обробляються, а їх властивості (твердість і висока теплостійкість) забезпечуються в процесі виготовлення. Тверді сплави виготовляються пресуванням і наступним спіканням (при темпертурі 15000С) порошку кобальту і карбіду вольфраму WC або порошку кобальту з WC і карбідом титану ТіС. В нашій державі виготовляють дві основні групи твердих сплавів: вольфрамокобальтова (ВК) і вольфрамотитанокобальтова (ТК). У першу групу входять такі марки сплавів: ВК2, ВК6, ВК8; в другу групу – Т15К10, Т15К6, Т30К4 та інші. В позначенні марки твердого сплаву букви показують: В – карбід вольфраму, Т – карбід титану, К – кобальт. Цифри після букв показують процентний вміст даного елемента в цілих числах. Наприклад: сплав марки ВК2 має: 2%Со і 98%WC, Сплав марки Т15К10 має: 10%Со, 5%ТіС, 85%WC. Висока твердість і червоностійкість зумовлені наявністю у складі твердих сплавів карбідів вольфраму, титану; і кобальт є цементуючою речовиною сплаву, із збільшенням його вмісту сплав стає більш вязким. Тверді сплави групи ВК застосовують для обробки чавунів і інших крихких матеріалів, а сплави групи ТК – для обробки сталей. З металокерамічних сплавів виготовляють різні за формою пластинки, які кріплять механічно, або припаюють до сталевого стержня різця. д) Мінералокерамічні матеріали є дуже дешеві і одночасно високопродуктивні при обробці деталей на верстатах. Вони не містять будь-яких дорогих елементів, їх виготовляють із спеченого оксиду алюмінію (Al2O3) пресуваням і наступним спіканням (при температурі 17000С) у вигляді пластинок, які прикріпляють до сталевого стержня різця. Мінералокераміка иає високу твердість (HRA=91-93) і високу червоностійкість (до 12000С). Найбілш поширеними сортами мінералокераміки є марки ЦМ332 і ТС48. Недоліком цих матеріалів є висока крихкість і чутливість при різких змінах температури. 3. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ ПРИ ОБРОБЦІ МЕТАЛІВ РІЗЦЯМИ 1. Геометрична форма різця. Одним з найбільш поширених способів обробки металів різанням на металорізальних верстатах є точіння. Цим способом обробляють деталі, які мають форму тіл обертання на токарних верстатах, токарними різцями різними за конструкцією. Різець (рис.1) є найпростішим металорізальним інструментом. Він складається з двох частин: головки – робочої частини і стержня, необхідного для закріплення різця у різтримачі верстата. Головка різця має форму клина, вона утворена взаємним розміщенням граней і різальних кромок.
Рис.1. Будова різця За ОСТ 6897 і 6898 головка різця має такі елементи: передню грань, головну задню грань, допоміжну задню грань, головну різальну кромку, допоміжну різальну кромку і вершину різця. Передньою гранню називається поверхня різця, по якій сходить стружка. Задніми гранями називаються поверхні різця, які в процесі різання звернені до оброблюваної деталі.Їх дві – головна і допоміжна. При перетині передньої грані з задньою головною гранню утворюється головна різальна кромка. При перетині передньої грані з задньою допоміжною гранню утворюється допоміжна різальна кромка. Місце спряження головної і допоміжної різальних кромок називається вершиною різця. Вершина різця закругляється радіусом від 0,1 до 5 мм. В конструкції головки різця найбільш цікавим є взаємне розміщення передньої і задньої граней, яке визначається геометричними кутами. Від величини цих кутів залежить у великій мірі працездатність різця. Кути різця розглядаються відносно встановлених ОСТом поверхонь оброблюваної деталі і координатних площин. 2. Поверхні і координати площин для визначення кутів різця. На оброблюваній деталі (рис.2) при обробці металів різанням на металорізальних верстатах розрізняють такі поверхні:
Рис.2. Поверхні і координати площин для визначення кутів різця Оброблювана поверхня – поверхня, яка підлягає обробці. Оброблена поверхня – поверхня, яку дістають після зрізання стружки. Поверхня різання – поверхня, яка утворюється на оброблюваній деталі різальною кромкою різця. Це поверхня, по якій відділяється стружка від оброблюваної деталі. Для визначення кутів різця установлені такі координатні площини: площина різання, основна площина, головна січна площина, допоміжна січна площина. Площина різання – площина,яка дотична до поверхні різання і проходить через головну різальну кромку різця. Основна площина – площина паралельна напрямам поздовжньої і поперечної подач. У токарних різців призматичної форми вона збігається з опорною поверхнею різця. Головна січна площина – площина перпендикулярна до проекції різальної кромки на основну площину. Допоміжна січна площина – площина перпендикулярна до проекції допоміжної різальної кромки на основну площину. 3.Кути різця. Геометричні кути різця необхідно знати при конструюванні і виготовленні різця. Геометричні кути розглядають при таких умовах: 1. Вісь прямого різця повинна бути перпендикулярною до подачі або паралельною їй; 2. Різальна кромка різця повинна лежати на лінії центрів верстата, заготовка має обертовий рух, а рух подачі зустрічний. У всякого різця розрізняють головні кути, допоміжні і кути у плані. Головними кутами є: задній кут (, кут загострення (, передній кут ( і кут різання (. Вони вимірюються у головній січній площині. Допоміжними кутами є: задній допоміжний кут (1, і передній допоміжний кут (1. Вони вимірюються в допоміжній січний площині. Кутами в плані є: головний кут у плані (, допоміжний кут у плані (1 і кут при вершині різця (. Вони вимірюються в основній площині (рис.3).
Рис.3. Кути різця З рис.3 видно, що між кутами існує певна математична залежність (+(+( = 900; (+( = (; ( = 900 - (; ( + ( = 900. Очевидно також, що сума кутів у плані дорівнює 1800, це значить: ( + (1 + ( = 1800; ( = 1800 – (( + (1). Головним заднім кутом ( називається кут між головною задньою гранью і площиною різання. Кут ( зменшує тертя між оброблюваною поверхнею деталі і задньою гранью різця, і тим охороняє від несвоєчасного притуплення. Задній кут ( рекомендується вибирати в межах від 30 до 120. Кутом загострення ( називається кут між передньою і головною задньою гранями різця. Він характеризує міцність різальної кромки. Із збільшенням кута ( зменшується кут загострення ( і тим самим зменшується міцність різальної частини різця. Кутом різання ( називається кут між передньою гранню різця і площиною різання. Кут ( у великій мірі впливає на деформацію стружки, опір металу різанню і на стійкість інструмента. Переднім кутом ( називається кут між передньою гранню і площиною перпендикулярною до площини різання, проведеною через головну різальну кромку. Кут ( характеризує нахил передньої грані, полегшує збіг стружки при різанні металів різцем, зменшує тертя і спрацьовуваність передньої грані різця. Однак із збільшенням кута ( різець стає недостатньо міцним, тому що зменшується кут (. Виходячи з цього, при обробці твердих металів, коли в процесі різання діють великі сили на передню грань різця, кут ( вибирають меншим, а при обробці м’яких металів, коли на різець діють менші сили, кут ( вибирають більшим, тоді полегшується збігання стружки по передній грані різця і зменшується спрацьовуваність різця. Передній кут ( може бути додатним, від’ємним і може дорівнювати 0. Якщо кут різання ( ( 900, то передній кут ( називається додатним (+(, рис. 4а). Якщо кут різання ( ( 900, то передній кут ( називається відємним (-(, рис. 4а). Якщо кут різання ( = 900, то передній кут (=0. Кут ( вибирається також в залежності від матеріалу самого різця. Найбільш поширеними матеріалами для виготовлення різців є: швидкорізальні сталі марок Р9; Р18; тверді сплави типу ВК і ТК. Ці матеріали мають різні механічні властивості. Відомо, що швидкорізальна сталь має високу границю міцності при згині (370 КГс/мм2). Тому різці із швидкорізальних сталей виконують з додатним переднім кутом (+() і тоді різальна кромка різця буде працювати на згин (рис.4а).
Рис.4. Передній кут Різці з напаянними пластинками твердих сплавів мають дуже високу твердість і одночасно низьку границю міцності при згинанні (90 - 130 КГс/мм2), тому погано працюють на згин. Якщо при заточці твердосплавним різцям задати відємний передній кут (-(), то різальна кромка буде працювати на стиснення, а не на згин (див.рис.4б). Ці матеріали мають високу границю міцності при стисненні (400 КГс/мм2), тому задовільно працюють при таких деформаціях. Допоміжним заднім кутом різця (1 називається кут між допоміжною задньою гранню і площиною, що проходить через допоміжну різальну кромку перпендикулярно до основної площини. Кут (1 беруть рівним задньому куту ( у всіх різців, крім відрізних. У відрізних різців ( = 1-20. Він зменшує тертя допоміжної задньої грані об оброблену поверхню деталі. Головним кутом у плані ( називається кут між проекцією головної різальної кромки на основну площину і напрямом подачі.
Рис.5. Головний кут в плані ( Кут ( впливає на стійкість різального інструмента, на чистоту обробленої поверхні, а також на величину зусиль і вібрацій, що виникають при обробці деталі. Кут ( вибирають головним чином в залежності від міцності матеріалу деталі. При обробці тонких і довгих деталей застосовують різці з кутом ( = 60 – 900. При обробці деталей великих діаметрів кут ( = 20 – 450. Кут ( також впливає на зміну форми стружки (рис.5). Допоміжним кутом у плані (1 називається кут між проекцією допоміжної різальної кромки на основну площину і напрямом подачі. Кут (1 зменшує тертя допоміжної кромки об оброблену поверхню деталі і вибирається з таких же міркувань, як і кут (. У прохідних різцях кут ( вибирається в межах від 50 до 450. Кутом при вершині ( називається кут між проекціями головної і допоміжної різальних кромок на основну площину. Величина кута визначає міцність і стійкість різця. Різці для трикутної різі мають кут ( = 550, 600. У всіх інших різцях кут ( ( 600. Кутом нахилу різальної кромки ( називається кут між головною різальною кромкою і лінією, проведеною через вершину різця паралельно основній площині. Кут ( вимірюється в площині, яка проходить через головну різальну кромку перпендикулярно до основної площини (рис.6). Кут ( може бути додатним, відємним і може дорівнювати нулю. Він вважається додатним, якщо вершина різця є найнижча точка головної різальної кромки. Кут ( вважається від’ємним, якщо вершина різця є найвища точка різальної кромки. Коли головна різальна кромка паралельна до основної площини, то кут ( = 0 (рис.6).
Рис.6. Кут нахилу різальної кромки ( Кут ( впливає на напрям збігання стружки при точінні. Коли різець має додатний кут (, стружка сходить по передній грані у напрямі обробленої поверхні деталі, і вершина різця є більш міцна, ніж у різця з від’ємним кутом (. Коли різець має відємний кут (, стружка сходить у напрямі оброблюваної поверхні деталі. Якщо кут ( = 0, тоді стружка сходить перпендикулярно від різальної кромки і закручується у архімедову спіраль. У прохідних різцях кут ( вибирають (40, лише у різцях для обробки деталей з переривними поверхнями кут ( вибирають від +10 до 300. 4. Зміна кутів ( і ( при установленні різця вище або нижче осі заготовки. Кути заточки різця у процесі його роботи не завжди залишаються постійними по величині. Зміна кутів залежить від встановлення різця на верстаті відносно осі оброблюваної деталі. При звичайному установленні різця, коли його вершина є на лінії центрів верстата, а основа різця розміщена горизонтально, зміни кутів різця немає (рис.7а). Однак при установленні різця вище осі обертання оброблюваної деталі кут ( зменшується, а кут ( збільшується (див. рис.7в).
Рис.7. Зміна кутів ( і ( при установленні різця вище або нижче осі заготовки Якщо різець установити нижче лінії центрів верстата, то маємо зворотнє явище (див. рис.7с). При розточуванні, навпаки, кути ( і ( залежно від установлення різця відносно лінії центрів верстата змінюються в зворотньому напрямі в порівнянні з зовнішнім обточуванням. На величину кутів ( і ( різця впливає ще рух подачі. Внаслідок обертання деталі і поступального руху різця при обробці круглих деталей напрям площини різання співпадає з дотичною до спіралі (рис. 8). Значить, площина різання відхиляється від вертикального напряму тим більше, чим більше рух подачі різця. При звичайних токарних роботах рух подачі буває невеликим, внаслідок цього і зміна кутів ( і ( буде невелика, що можна практично не брати до уваги.
Рис.8. Напрям площини різання при обробці круглих деталей 4. ЗАТОЧУВАННЯ РІЗЦІВ Щоб надати різцям необхідну форму і необхідні кути, їх заточують. Від якості заточки в великій мірі залежить стійкість різця. Якість заточки визначається величиною кутів заточки, чистотою поверхонь заточки і станом різальної кромки. Якісну і економічну заточку твердосплавних різців досягають тоді, коли правильно вибирають заточні круги, а також застосовують принципи подвійних кутів різця (рис.9).
Рис.9. Подвійні кути різця Тоді технологічний процес заточки складатиметься з таких операцій: заточка задніх поверхонь стержня різця заточувальним кругом 346 – 60; СМ-СМІ; чорнової заточки по пластинці – кругом К346-60; М3-СМ2; чистової заточки по пластинці – кругом К360-80; М3-М3; доводки по пластинці пастою М20-М28. У цьому випадку скорочується час на заточку, витрати твердого сплаву, заточувальних кругів і пасти. З практики відомо, що застосування доводки різців при заточці підвищує їх стійкість в роботі в два рази. Швидкорізальні різці заточують електрокорундом марки Е 60-80; СМІ; СМ2. ВИМІРЮВАННЯ КУТІВ РІЗЦЯ Перевірку кутів різця після заточування можна виконати кутоміром інженера Сімона і універсальним кутоміром. Кутоміром інж. Сімона вимірюють головні кути ( і (, допоміжні кути (1 і (1, а також кут ( нахилу головної різальної кромки. На рис.10 зображено кутомір інж. Сімона.
Рис.10. Кутомір інж. Сімона На вертикальній стійці 1, яка закріплена на плиті, пересувається повзун 2, що затискається гвинтом 3. В повзуні 2 закріплена шкала 4, з поділками в градусах, на якій може рухатися плече А важіля. На плечі А є риска, яка співпадає з нулем шкали 4, коли плече В важіля горизонтально, між плечами В і С важіля є кут 900, так що при горизонтальному положенні плеча В плече С буде розміщено вертикально. Для виміру заднього кута ( плече С повертається до зіткнення з задньою гранню різця, установленого на плиту кутоміра (рис.10а). Для виміру переднього кута ( плече В важіля повертається до зіткнення з передньою гранню різця (рис.10в). При тих вимірах плечі важіля встановлюють в напрямі перпендикулярнім до проекції головної різальної кромки на основну площину, і величини кутів фіксують коли співпадає риска плеча А важіля з цією чи іншою поділкою шкали. Після виміру кутів ( і ( величини кутів ( і ( визначають за формулами: ( = 900 - (; ( = 900 – (( + (). Для виміру кута нахилу головної різальної кромки ( плече В важіля встановлюють по різальній кромці. Головний кут у плані (, допоміжний кут у плані (1 можуть бути виміряні універсальним кутоміром (рис.11).
Рис.10. Універсальний кутомір Кут при вершині в плані ( визначається за формулою ( = 1800 – (( + (1). Тема роботи: Вимірювання заточки токарного різця. Завдання роботи: Вивчити конструкцію токарних різців, навчитись вимірювати кути різця. Зміст роботи: 1. Виміряти кутоміром головні кути ( і (, допоміжні кути (1 і (1 і визначити кут загострення ( і кут різання ( за формулами: ( = 900 – (( + (); ( = ( + (. 2. Виміряти універсальним кутоміром головний кут в плані (, допоміжний кут в плані (1, кут при вершині ( і перевірити величину кутів за формулою: ( + (1 + ( = 1800. 3. Виміряти кут нахилу головної різальної кромки (. 4. Виміряти штангенциркулем загальну довжину, висоту головки і розміри державки різця. 5. За даними вимірами накреслити різець, записати марку матеріалу різця, вказати границю теплостійкості і швидкості різання. 6. За даними вимірами накреслити таблицю і привести в ній усі значення кутів різця. Таблиця 2 Кути що вимірюються
№ Кути Значення кутів
1 (
2 (1
3 (
4 (1
5 (
6 (1
7 (
Кути що обчислюються
8 (
9 (
10 (
Звіт по роботі. У звіті по роботі вказати: 1. Завдання. 2. Мету роботи. 3. Накреслити таблицю і привести в ній значення кутів. 4. Креслення різця.
