- •Часть I
- •Введение
- •1. Металлургия и литейное производство
- •1.1. Элементы теплофизики металлургических и литейных процессов
- •1.1.1. Теплофизические характеристики материалов. Основной закон теплопроводности
- •1.1.2. Определение затрат энергии на нагрев и плавление металлов
- •1.1.3. Уравнение теплопроводности. Фундаментальное решение
- •1.1.4. Метод точечных источников тепла. Выравнивание температуры в неограниченном стержне
- •1.1.5. Температурное поле стержня при постоянной начальной температуре и постоянной температуре на торце
- •1.1.6. Закономерности отвода тепла в литейную форму
- •1.2. Производство чугуна и стали
- •1.2.1. Производство чугуна
- •1.2.2. Оценка потерь тепла через стены шахтной печи при стационарном теплообмене с окружающей средой
- •1.2.3. Сущность процесса выплавки стали
- •1.2.4. Производство стали
- •1.3. Литье в песчаные формы
- •1.3..1. Изготовление песчаных литейных форм
- •1.3.2. Закономерности кристаллизации и затвердевания отливки в литейной форме
- •1.3.3. Основные технологические операции и закономерности получения отливок в песчаных формах
- •1.4. Специальные способы литья
- •1.4.1 Способы литья в оболочковые формы и по выплавляемым моделям
- •1.4.2. Литье в кокиль
- •1.4.3. Литье под давлением
- •1.4.4. Центробежное литье
- •2. Обработка материалов резанием
- •2.1. Кинематические и геометрические параметры способов обработки резанием
- •2.1.1. Способы лезвийной и абразивной обработки
- •2.1.2. Координатные плоскости и действительные углы режущего лезвия
- •2.1.3. Характеристики режима резания и сечения срезаемого слоя [1]
- •2.1.4. Усадка стружки и относительный сдвиг
- •2.1.5. Скорости деформаций и истинные деформации в зоне стружкообразования
- •2. 2. Силы резания
- •2.2.1. Технологические и физические составляющие силы резания при точении
- •2.2.2. Схема и расчет сил при свободном прямоугольном точении
- •2.2.3. Схема и расчет сил при свободном косоугольном точении
- •2.2.4. Силы при фрезеровании торцово‑коническими прямозубыми фрезами
- •2.2.5. Силы при фрезеровании цилиндрическими фрезами с винтовыми зубьями
- •2.2.6. Удельные силы
- •2.3. Теплофизика и термомеханика резания
- •2.3.1. Температура в полуплоскости от равномерно распределенного быстродвижущегося источника теплоты
- •2.3.2. Термомеханическое определяющее уравнение для адиабатических условий деформации
- •Для решения уравнения (2.64) воспользуемся заменой переменной:
- •Интегрируя уравнение (2.64), получаем функцию, описывающую влияние истинного сдвига p на удельную работу деформации aw и на предел текучести:
- •2.3.3 Температура деформации и тепловой поток из зоны стружкообразования
- •2.3.4. Температура передней поверхности инструмента
- •2.3.5. Температура задних поверхностей инструмента
- •О природе явлений, приводящих к изнашиванию и деформации инструмента
- •Обрабатываемость материалов
- •2.4.4. Выбор материала и геометрических параметров инструмента, назначение рациональных режимов черновой и чистовой обработки резанием
- •2.5. Проектирование заготовок и их предварительная обраьотка резанием
- •2.5.1. Маршрутный технологический процесс механической обработки заготовки
- •2.5.2. Определение допусков на диаметральные размеры обработанных цилиндрических поверхностей
- •2.5.3. Определение диаметральных размеров заготовки
- •2.5.4. Определение линейных размеров заготовки
- •2.5.5. Разрезание прутков проката дисковыми пилами
- •2.5.6. Сверление и зенкерование заготовок на вертикально-сверлильных станках
- •2.5.7. Растачивание отверстия на токарном вертикальном шестишпиндельном полуавтомате
- •Библиографический список
- •Часть I
2.5.2. Определение допусков на диаметральные размеры обработанных цилиндрических поверхностей
Важным элементом проектирования технологии и определения размеров заготовки является определение допусков на размеры обработанных цилиндрических поверхностей.
Суммарное радиальное смещение инструмента относительно детали можно представить в виде:
, (2.103)
где – смещение под действием силы Ру, соответствующей максимальной глубине резания, Кн – доля смещения , компенсируемая путем настройки инструмента на размер (например, Кн=0,5), – смещение, соответствующее радиальному износу инструмента, – смещение инструмента относительно детали, учитывающее погрешность установки инструмента на размер и погрешность установки самой детали. Сюда же может быть отнесено, как правило, незначительное смещение, связанное с точностью станка (биение шпинделя, погрешности направляющих и т. д.).
Смещения инструмента относительно детали под действием сил резания найдем, зная жесткость J технологической системы станок–приспособление–инструмент–деталь и значения силы Ру, min, а также колебания этой силы Py.
Для металлорежущих станков нормальной и повышенной точности регламентируемая отечественными стандартами жесткость находится обычно в пределах от 10 до 40 кН/мм. В каждом конкретном случае жесткость может быть определена делением приращения Py расчетной силы Ру на фактическое измеренное отклонение радиального размера обработанной поверхности при обработке ступенчатой поверхности.
Пусть в рассматриваемом случае обработки заготовки «Коронная шестерня» на первом (черновом) проходе жесткость технологической системы станок–приспособление–инструмент–деталь равна: J=25 кН/мм. Воспользовавшись программой, вычислим силу Ру и соответствующие заданной жесткости смещения.
а)
б)
Рис. 2.48. Минимальные и максимальные значения силы Ру (а)
и смещения (б)
Расчет проекций силы резания может быть выполнен по формулам, учитывающим особенности несвободного резания с помощью программы на ЭВМ или по упрощенной методике – на калькуляторе:
(2.104)
где
Безразмерные удельные силы и могут быть вычислены непосредственно по формулам (2.56, 2.58) или полученным на основании эмпирического обобщения экспериментальных данных Н.Н. Зорева формулам
. (2.105)
Влияние переднего угла может быть оценено непосредственно формулами (2.56, 2.58) или вытекающими из них для средних условий резания формулами
(2.106)
Часть смещения от постоянной минимальной силы может быть компенсирована, если погрешность настройки на размер меньше этого смещения. Принимая погрешность настройки равной половине смещения от минимальной силы Ру, получим суммарное смещение от силы Ру на черновом проходе:
=. (2.107)
При критерии износа у вершины резца радиальный (нормальный) износ равен:
. (2.108)
Итого допуск на смещение под действием силы Ру и вследствие износа равен 0,27 мм, а на диаметр – 0,54 мм, округленно – 0,5 мм.
Погрешность установки инструмента и детали на сторону примем равной 0,1 мм.
Итого допуск на сторону после переустановки детали на другой станок равен 0,37 мм, а на диаметр, соответственно, 0,74 мм. Принимая во внимание невысокую точность обработки на черновом проходе и приближенность выполняемых расчетом, округляем допуск на диаметр до 0,7 мм.
Таким образом, после черновой обработки стальных штамповок прочностью Sb=700 МПа с глубиной резания t<6 мм, подачей s<1 мм/об и колебаниями припуска П < 2 мм при критерии затупления в окрестности вершины режущего лезвия h3*< 1 мм, жесткости технологической системы 10–40 кН/мм и угле в плане –60 погрешности формы обработанной цилиндрической поверхности могут быть примерно равны 0,35–0,4 мм (на сторону) или 0,7–0,8 мм на диаметр.
Припуск на получистовую и чистовую обработку и его колебания зависят от допуска на размеры обрабатываемой поверхности, достигнутого на предыдущих проходах, а также от глубины дефектного слоя и погрешностей базирования, установки и закрепления детали.
Минимальный припуск на получистовой проход должен быть несколько больше глубины дефектного слоя и других возможных погрешностей, связанных с переустановкой детали. Кроме того, необходимо иметь в виду, что точная обработка стальных деталей с весьма малыми припусками (менее 0,1 мм) возможна только на весьма жестких станках повышенной точности. Это связано с тем, что небольшой натяг, создаваемый силой Ру, благоприятно сказывается на ликвидации зазоров в упругой системе и повышает ее динамическую устойчивость. В связи с этим при обработке поверхности 5 на операции 30 примем минимальный припуск равным 0,2 мм. С учетом допуска на диаметр 0,7 мм максимальный припуск равен 0,55 мм.
а)
б)
Рис. 2.49. Зависимости силы Ру и радиального биения
обработанной поверхности от подачи при точении стальной заготовки «Коронная шестерня», НВ=2290 МПа, =10, =8,
hз=0,6 мм, hз=0,3 мм
Для получистовых проходов целесообразно применять резцы с положительными передними углами и стружкозавивающими лунками (канавками). Такую форму передней поверхности, как правило, имеют сменные многогранные твердосплавные режущие пластины, механически закрепляемые в державке резца.
Расчеты на ЭВМ показывают, что с увеличением подачи от 0,2 до 0.8 мм/об сила Ру увеличивается примерно вдвое: от 0,5 до 0,9 кН. Соответственно, смещение на сторону при жесткости j=25 кН/мм будет около 0,03 мм. При поднайстройке резца через hз= 0,3 мм (или при предварительном притуплении до hо=0,3 мм) отклонение на сторону вследствие размерного износа будет около 0,04 мм. Таким образом, суммарное отклонение диаметра обработанной поверхности при увеличении подачи от 0,2 до 0,8 мм будет находиться в пределах от 0,12 до 0,16 мм. В частности, при подаче s=0,4 мм/об погрешность обработки составит 0,14 мм на диаметр.
По аналогичной методике проверяется погрешность обработки на чистовом проходе. Сам металлорежущий станок (т. е. жесткость его узлов, геометрическая точность), режим резания на этом проходе и геометрические параметры чистового резца выбираются таким образом, чтобы обеспечить допуск 0,047 мм. Если это невозможно, то вводится дополнительный проход.