Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Режущий инструмент» для студентов направления подготовки бакалавров. Жачкин С.Ю., Симонова Ю.Э

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Кафедра автоматизированного оборудования

машиностроительного производства

Методические указания

к выполнению лабораторных работ № 1–5

по дисциплине «Режущий инструмент»

для студентов направления подготовки бакалавров

151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств»

(профиль «Металлообрабатывающие станки

и комплексы») всех форм обучения

Воронеж 2013

Составители: д-р техн. наук С.Ю. Жачкин,

ст. преп. Ю.Э. Симонова

УДК 621.91.02(07)

Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1-5 по дисциплине «Режущий инструмент» для студентов направления подготовки бакалавров 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (профиль «Металлообрабатывающие станки и комплексы») всех форм обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. С.Ю. Жачкин, Ю.Э. Симонова. Воронеж, 2013. 46 с.

В методических указаниях изложены требования и общие вопросы по выполнению лабораторных работ, приведены теоретические сведения, полезные не только для выполнения лабораторных работ, но и при подготовке к сдаче зачетов и экзаменов.

Выполнение задания дает возможность получения навыков в выборе геометрических параметров инструментов с использованием государственных стандартов, учебной и справочной литературы для обеспечения заданных физических параметров обработки.

Предназначены для студентов 2 – 4 курсов.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе Microsoft Word 97 и содержатся в файле ри1-5.doc.

Табл. 8. Ил. 13. Библиогр.: 3 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Л.А. Иванов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой профессор В.М. Пачевский

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

РЕЗЦЫ С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ МНОГОГРАННЫХ НЕПЕРЕТАЧИВАЕМЫХ ПЛАСТИН

Цель работы: изучение геометрии и конструкции резцов с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинами и параметров установки пластин в корпусе резца.

Резец - это однолезвийный инструмент для обработки деталей с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в любом направлении.

Резцы применяют для различных видов обработки - точения, растачивания, строгания, отрезки, резьбонарезания.

Резец состоит из режущей части (рабочей) и корпуса (державки). Режущую часть резца в машиностроении изготавливают из быстрорежущей стали (HRC_э=63÷67) твердого сплава (HRA = 87÷91), минералокерамики (HRA=93÷94), алмаза, сверхтвердых материалов. Шероховатость заточенных поверхностей на режущей части резца по R_a= 0,32-1,25 мкм.

Режущая часть резца любой конструкции ограничена передней и задними (главной и вспомогательной) поверхностями, в результате пересечения которых образуются главная и вспомогательная режущие кромки (лезвия резца) и вершина лезвия, которая выполняется по радиусу r_в, обеспечивающему улучшение шероховатости обрабатываемой поверхности и повышение стойкости резца.

Геометрическая форма режущей части резца определяется следующими параметрам:

главный передний угол  (-20°)÷ (+25°);

главный задний угол α (6°)÷ (12°);

в спомогательный задний угол α₁=α, за исключением отрезных и прорезных резцов, для которых α₁=1°÷ 2°

угол наклона режущей кромки λ = (-15°)÷ (+45⁰). У чистовых резцов λ ≤ 0, у черновых резцов λ>0;

главный угол в плане φ = 10° ÷ 90°; вспомогательный угол в плане φ₁=1° ÷ 30°;

радиус вершины лезвия r_в= 0,5 ÷ 5 мм у проходных и расточных резцов; r_в= 0,2÷ 08 мм у прорезных и отрезных резцов.

главный угол в плане φ = 10° ÷ 90°; вспомогательный угол в плане φ₁=1° ÷ 30°; 2

n=360/(φ+φ₁), (1.2) 6

P_x=F_x*_x, (4.1) 38

Корпус резца изготавливают из конструкционных сталей марок 45, 50 или стали 40Х, 45Х, инструментальных сталей У8, 10. Форма поперечного сечения корпусов - прямоугольная, квадратная, круглая, Прямоугольную форму с отношением Н:В=1,6 имеют чистовые и получистовые резцы, о отношением Н: В =1,25 - черновые резцы. Квадратная форма у автоматно-револьверных и расточных резцов. Круглую форму имеют расточные и резьбовые резцы. Размеры сечения корпусов стандартизированы. Шероховатость поверхностей корпуса резца R_a= 5 мкм.

Резцы изготавливают цельными, составными и сборными. Цельными делают малогабаритные резцы из быстрорежущей стали и твердых сплавов, главным образом расточные.

Составные конструкции, когда рабочая часть резца выполняется из инструментального материала, а корпус - из конструкционных сталей, обеспечивают экономию инструментальных материалов по сравнению с цельными. Способы соединения рабочей части и корпуса различны. Это сварка для быстрорежущих сталей, пайка и наклейка для твердых сплавов и^: минералокерамики, зачеканка, завальцовка и опрессовка для сверхтвердых материалов.

Сборные конструкции инструмента, в частности, резцы, оснащенное многогранными неперетачиваемыми пластинами с их механическим креплением к корпусу инструмента (рис. 1.1), получили широкое распространение, вследствие их существенных преимуществ по сравнению с резцами составной конструкции:

1. отсутствие операций пайки и заточки, чем устраняется вероятность образования на режущей пластине трещин вследствие термических напряжений и ликвидируются затраты на эти операции;

2. сокращается время на замену затупившегося резца. После изнашивания одной грани достаточно либо повернуть режущую пластину, либо заменить ее, не снимая резец со станка;

3. многократное использование корпуса резца ( использование до ста пластин для одного корпуса у сборных резцов против шести- семи переточек у составных);

4. обеспечивается более полный возврат твердого сплава.

К недостаткам резцов с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин относятся:

-ограниченность технологических возможностей (перетачиваемые резцы позволяют изменять свою геометрию в зависимости от условий обработки);

-увеличенные размеры корпуса резца (за счет необходимости размещения крепежных элементов вблизи зоны резания);

-увеличение стоимости инструмента за счет необходимости изготовления элементов крепления режущей пластины и высоких требований к точности их изготовления.

Рис. 1.1. Резцы: а-оснащенные многогранными пластинами из твердого сплава; б- с режущими элементами из алмаза и композита 1-режущая пластина; 2-корпус; 3-штифт; 4-винт; 5-прихват; 6-винт крепления прихвата; 7-подкладка

Конструкции резцов, оснащенных многогранными пластинами, отличаются большим разнообразием применяемых способов крепления. По ГОСТ 26476-86 приняты четыре базовые схемы конструкции узлов крепления:

С - прихватом ( для пластин без отверстия);

Р – рычажным механизмом (дня пластин с цилиндрическим отверстием);

М - штифтом и прихватом;

S - винтовым механизмом (для пластин с тороидальным отверстием);

Кроме указанных схем крепления применяют и другие конструкции.

На большинстве конструкций сборных резцов устанавливаются опорные пластины и стружколомы. Опорные пластины изготавливаются из твердых сплавов или закаленных сталей и предназначены для предохранения основания гнезда державки от разрушения при поломке пластины и деформации в процессе резания. Накладные стружколомы выполняются из твердых сплавов и используются для пластин, не имеющих стружколомающих канавок на передней поверхности. Форма и размеры опорных пластин и стружколомов стандартизированы.

ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВКИ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ В КОРПУСЕ РЕЗЦА

Режущие пластины изготавливаются как с задними углами, так и без них. Пластины, не имеющие задних углов, устанавливаются в державке с наклоном, равным заднему углу α резца в сборе (рис. 1.2а). Если передняя поверхность пластины плоская, то после установки образуется отрицательный передний угол

Пластины, имеющие задний угол α_пл устанавливаются в державке параллельно основной плоскости резца ( рис, 1.2 б). Пластины с отверстием, как правило, не имеют заднего угла, поэтому устанавливаются с наклоном под углом α (рис. 1.2 в).

Передние углы резцов при использовании пластин со стружколомающими канавками определяются по формуле (рис. -1.2 в)

=_пл-α. (1.1)

Таким образом, геометрия резца зависит от геометрии пластины и параметров ее установки в державке.

Расчет параметров установки режущей пластины в корпусе резца сводится к решению двух задач: определение формы пластины, т.е. числа n ее граней

n=360/(φ+φ₁), (1.2)

где φ и φ₁- заданные главный и вспомогательный углы в плане. Дробные значения n округляют до целого из ряда 2; 3; 4; 5; 6, изменяя φ₁ ;

определение положения плоскости Б - Б (рис. 1.3), расположенной под углом θ относительно главной режущей кромки

tgθ = , (1.3)

где η - угол при вершине пластины

η=180(n-2)/n; (1.4)

α, α₁- заданные главный и вспомогательный задние углы.

Для получения углов α, α₁ необходимо повернуть пластину в плоскости Б - Б на угол μ (рис. 1.3)

tgμ=tgα/sinθ. (1.5)

ψ=φ+θ-90°. (1.6)

Для фрезерования паза корпус резца устанавливают в трех- поворотных тисках и в горизонтальной плоскости поворачивают на угол ψ, а в вертикальной - на угол μ

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Получить у преподавателя резец с механическим креплением режущей пластины.

2.Выполнить эскиз резца (рис 1.1). На эскизе указать: наименование и назначение резца, тип узла крепления, элементы крепления, материал, шероховатость и твердость режущей части и корпуса.

3.Выполнить схемы расположения режущей пластины в корпусе резца (рис, 1.2) с пояснением к каждой схеме.

4.Измерить геометрические и конструктивные параметры резца согласно табл. 1.1 Угол _пл определяется из формулы(1.1), а остальные углы измеряются маятниковым или настольным угломером (рис. 1.4).

5.Определить углы ψ и μ для изготовления опорной поверхности по формулам 1.3,1.5,1.6.

6.Определить максимально допустимую составляющую силы резания Pz при обработке стали 45 из условия прочности корпуса резца на изгиб по формулам:

P_z= ; - для прямоугольного сечения;

P_z= ; - для квадратного сечения;

P_z= ;- для круглого сечения;

Где l-вылет резца, l=1/3L;

[σ]_изг-допускаемое напряжение на изгиб

[σ]_изг=250МПа=250Н/мм²=25кгс/мм²;

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ

1. Название и цель работы

2. Эскиз резца.

3. Все расчетные формулы с пояснениями к ним и вычислениями.

4. Заполненная таблица.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите преимущество и недостатки резцов, оснащенных многогранными пластинам, по сравнению с резцами с напаянными пластинами из твердого сплава.

2. Назовите элементы крепления режущих пластин к корпусу резца и их назначение.

3. Каким образом у резцов с механическим креплением пластин без задних углов обеспечивается получение этих углов на резце в сборе?

4. Как измеряются углы резца?

5. Какие вы знаете инструментальные материалы и как они обозначаются.

Таблица 1.1

Результаты измерений и вычислений резца

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

КОНСТРУКЦИЯ И ГЕОМЕТРИЯ СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ

Цель работы: ознакомиться с конструкцией и геометрией спиральных сверл, произвести контроль радиального и торцевого биения инструмента, измерить и рассчитать геометрические параметры.

Сверло- осевой режущий инструмент для образования отверстий в сплошном материале и увеличения диаметра имеющегося отверстия (ГОСТ 25751-83).

Сверлением получают отверстия I2_…I4 квалитетов точности с шероховатостью R_a = 20...10 мкм. Сверление осуществляет главное движение - вращение и движение подачи.

В промышленности применяют сверла: спиральные, перовые, одностороннего резания, шнековые, эжекторные, кольцевого сверления, центровочные, а также специальные комбинированные.

Спиральные сверла имеют наибольшее распространение. Материал рабочей части ( рис. 2.1) стальных сверл.- сталь 9ХС или быстрорежущая сталь. Рабочая часть быстрорежущих сверл с d > 6...8 мм должна быть приварена к хвостовику из сталей 45, 40Х. Сверла меньших размеров выполняют цельными.

Твердость сверла из быстрорежущих сталей 62+65 HRCэ для d > 5 мм), а для сверла из стали 9ХС на 1-2 единицы HRCэ ниже твердости сверл из быстрорежущей стали.

Материал рабочей части твердосплавных спиральных сверл- твердые сплавы группы ВК, такие сверла изготавливают цельными или составными:Материал корпуса сверл с монолитной рабочей частью и сверл с пластинами - стали марок Р6М5, Р9, 9ХС, 40Х или 45Х. Соединение корпуса с пластиной или монолитной рабочей частью осуществляется пайкой.

Твердость корпуса сверл из сталей 40Х и 45Х - 40+45 из сталей 9ХС и Р9 - 56+62 HRCэ, твердость лапок и поводков - 32...47HRCэ.

Шероховатость задних поверхностей и поверхностей ленточек для быстрорежущих сверл R_a = 1,25 мкм, поверхностей канавок R _а = 2,5 мкм.

Для сверл, оснащенных пластинками из твердых сплавов, шероховатость режущей части сверла, поверхностей ленточек R_a = 0,63 мкм, поверхностей канавок - R_a= 1,25 мкм. Для сверл цельных твердоcплавных шероховатость для передних и задних поверхностей R_a= 0,32 мкм, для поверхностей ленточек R_a= 0,63 мкм. Шероховатость хвостовиков сверл - R_a= 0,63. ..1,6 мкм.

На рис. 2.1 показаны конструктивные элементы и геометрия спирального сверла. Спиральные сверла выполняются с цилиндрическими (с поводком или без поводка) и коническими хвостовиками. На рабочей части сверла образованы две винтовые канавки, создающие два зуба, обеспечивающие процесс резания. Профиль стружечной канавки во многом определяет жесткость сверла. С повышением жёсткости возрастает его cстойкоcть. Для увеличения жесткости сверла увеличивают толщину перемычки, но проводят ее подточку. Рабочая часть сверла по длине ограничивается длиной стружечных канавок у цельных и составных сверл дли длиной пластинок твердого сплава - для сверл, оснащенных пластинками.

Для уменьшения трения об образованную поверхность отверстие и уменьшения теплообразования в процессе работы, сверло по всей длине калибрующей части имеет занижение на спинке зуба с оставлением у вспомогательной режущей кромки ленточки шириной 0,2-2,0 мм, в зависимости от диаметра сверла. Ленточки служат для направления сверла по обрабатываемому отверстию и только в начале, на длине, равной S₀/z, они работают в качестве вспомогательной режущей кромки. Для уменьшения трения при работе на ленточках делают утопления по направлению к хвостовику ( обратная конусность 0,3-0,12 мм по диаметру на 100 мм длины). Размер конусности зависит от диаметра сверла.

Режущая часть содержит две главные, две вспомогательные и одну поперечную режущие кромки (иногда поперечную кромку также разделяют на две кромки, примыкающие к каждой из главных). Главные режущие кромки прямолинейны, и наклонены к оси сверла под углом в плане φ. Обычно на чертежах указывают значение угла при вершине 2φ. Значения для угла 2φ изменяются от 140° до 90°_, при этом с уменьшением угла снижается осевая составляющая силы резания и увеличивается крутящий момент. Острая вершина способствует лучшему внедрению сверла в обрабатываемый материал, однако при обработке металлов малые значения угла 2φ встречаются редко. Обычно значение углов 2φ для стандартных быстрорежущих сверл принимаются равными 118°-120°, а для твердосплавных сверл - 130°-140°.