Практ. работы по ТКМ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения»

Выбор станков, инструмента и режимов резания при точении, фрезеровании и шлифовании

Учебно-методическое пособие к выполнению практических работ по курсам «Технология конструкционных материалов», «Обработка материалов»,

«Технология машиностроения»

Уфа 2010

Данное учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения по специальностям 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» (МЗ); 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» (МП); 240801 «Машины и аппараты химических производств» специализаций «Техника переработки твердого топлива, нефти и газа» (МА), «Техника антикоррозионной защиты оборудования и сооружения» (МК); 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин» (ГБ); 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» (МТ, СТ, ГТ); 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» (МС).

Выполнение практических работ будет способствовать закреплению студентами теоретического материала по курсам «Технология конструкционных материалов», «Обработка материалов», «Технология машиностроения». В пособии излагаются основы выбора металлорежущих станков, инструмента и режимов резания при точении, фрезеровании и шлифовании конструктивных элементов оборудования при изготовлении и ремонте в нефтегазовой отрасли.

Составители	Мубинов Д.М., доц., канд. техн. наук
	Халимов А.А., доц., д-р техн. наук
	Халимов А.Г., проф., д-р техн. наук

Рецензент

Ризванов Р.Г., проф., д-р техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010

	Содержание
		С.
	Практическая работа №1
	«Выбор станков, инструмента и расчета режимов резания при точении»
1	Цель работы	2
2	Задание	2
3	Оформление отчета	2
4	Методические указания к выполнению работы	2
5	Исходные данные по вариантам для обтачивания	10
6	Исходные данные по вариантам для растачивания	11
7	Пример выполнения работы	12
Приложение А. Рекомендуемые марки твердых сплавов для режущих инстру-
ментов при обработке на токарных станках		16
Приложение Б. Показатели качества обработки при точении и типовые режи-
мы точения		17
Приложение В. Паспортные данные токарно-винторезных станков		18
	Практическая работа №2
«Выбор станков, инструмента и расчета режимов резания при фрезеровании»
1	Цель работы	19
2	Последовательность и содержание работ	19
3	Оформление отчета	19
4	Методические указания к выполнению работы № 2–1 «Выбор режимов
резания при фрезеровании плоских поверхностей»		19
4.1	Выбор инструмента для фрезерования плоских поверхностей	19
4.2	Выбор типа фрезерного станка	21
4.3	Режим резания при фрезеровании	22
4.4	Определение основного (технологического) времени при фрезеровании	24
5	Пример выполнения работы	32
6	Исходные данные к работе № 2–1	34
7	Методические указания к выполнению работы № 2–2 «Выбор металло-
режущего станка, инструмента и режимов фрезерования шпоночного паза»		35
	7.1 Выбор инструмента и схем фрезерования прямоугольных пазов и
канавок		35
	7.2 Исходные данные к работе № 2–2	39
Приложение А. Паспортные данные металлорежущих фрезерных станков		40
Приложение Б. Поправочные коэффициенты по мощности		41
	Практическая работа № 3
«Выбор станков, инструментов и режимов резания при круглом наружном шлифовании»
1	Цель работы	42
2	Последовательность выполнения работы	42
3	Схемы обработки	43
4	Выбор режимов шлифования	45
	Список использованных источников	52

2

Практическая работа №1 «Выбор станков, инструмента и расчета режимов резания при точении»

1 Цель работы – приобретение навыков по выбору токарных станков, инструмента и расчетов режимов резания, ознакомление со справочной и норматив- но-технической литературой.

2 Задание

В соответствии с вариантом исходных данных (таблицы 5 и 6) необходимо произвести:

–Выбор металлорежущих станков и способа крепления заготовки на них.

–Выбор материала и геометрических параметров режущей части инстру-

мента.

–Определение режимов резания: глубины t, подачи S, скорости V.

–Определение мощности, затрачиваемой на резание, Np.

–Расчет основного технологического времени То токарной обработки реза-

нием.

3 Оформление отчета

Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать:

-наименование и цель работы;

-таблицу с исходными данными по своему варианту;

-схему крепления заготовки на станке с указанием ее размеров, направления рабочего движения инструмента и заготовки (главного вращательного движения

заготовки – Dг, обеспечивающего скорость резания V, м/мин и движения подачи резца – DS, обеспечивающего скорость подачи S, мм/об соответственно);

-наименование типа резца, его эскиз и основные параметры режущей части

идержавки по стандарту;

-обоснование глубины резания t и числа проходов инструмента i;

-табличные значения величины подачи инструмента S, расчет скорости резания V и мощности, потребной на резание для данных условий обработки, Np;

-наименование выбранного станка, его модель и основные паспортные дан-

ные;

-расчет основного технологического времени То.

4 Методические указания к выполнению работы

4.1 Обтачивание наружных цилиндрических поверхностей в условиях серийного производства осуществляется на станках токарной группы, включая универсальные токарно-винторезные станки.

Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей осуществляется на токарных станках с применением стандартных резцов длиною до 200 мм. Растачивание на них отверстий длиною до 350 мм возможно при установке заготовки на удлиненные кулачки и с применением жесткой державки, на конце которой закрепляется специальный расточный резец. Растачивание отверстий большей дли-

3

ны и преимущественно в корпусных деталях осуществляется на расточных станках.

Расчет режимов резания производится по одинаковым формулам как для обтачивания, так и для растачивания с применением поправочных коэффициентов для конкретных условий обработки.

При выборе типоразмера станка необходимо учитывать наибольший диаметр заготовки d3, обрабатываемой над суппортом, и ее длину L.

Схемы закрепления заготовки на станке (рисунки 1 – 3) при обтачивании и растачивании отверстий (рисунок 4) студент выбирает самостоятельно, учитывая исходные данные по вариантам задания (таблицы 5 и 6). Схемы закрепления оформляются в отчете в виде рисунка и на них указывается глубина резания t, направление рабочего движения заготовки Dг и инструмента Ds.

На рисунках 2 – 4 схемы закрепления образцов изображены в соответствии с требованиями ГОСТ 3.1108-81: обозначение – люнет подвижный,

– трехкулачковый патрон, – опора и – вращающийся центр.

4.2 Материал режущей части резцов выбирается с учетом механических характеристик обрабатываемой заготовки, состояния ее поверхности и вида обтачивания (чернового или чистового) (приложение 5).

При выборе геометрических параметров режущей части инструмента необходимо учесть, что наибольшее влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывают радиус при вершине резца r, главный и вспомогательный 1 углы в плане. Кроме этих углов, необходимо на эскизе резца указать величину углов – главного заднего и переднего . Сечение державки резца (высота Н и ширина В) должны соответствовать выбранному типоразмеру станка.

4.3 При выборе режимов резания токарной обработки необходимо придерживаться следующей последовательности

Глубина резания t выбирается в зависимости от припуска на обработку и вида обработки – черновой или чистовой с учетом задания по выполняемому варианту из таблиц 5 и 6. В зависимости от мощности станка и величины припуска черновой проход инструмента производят при глубине резания t (2 8) мм; чистовой проход с t (0,5 1) мм. Для обеспечения производительности обработки необходимо стремиться к минимальному числу проходов инструмента при снятии припуска Z:

Z	d	3	d	,	(1)
			2

где d3 – диаметр заготовки, мм;

d – диаметр детали по чертежу, мм.

Если припуск снимается за один проход резца, то его величина равна глубине резания t = Z.

Подача S – при черновом проходе, для сокращения времени обработки назначают наибольшую допустимую величину. При чистовом проходе основными факторами, ограничивающими величину скорости подачи, являются обеспечение

4

требуемых параметров шероховатостей и точности обработки.

С учетом требований по параметрам шероховатости подачу выбирают из таблицы 1, либо по приложению Б.

а) б)

1 – заготовка; 2,3 – центра; 4 – поводковый патрон; 5 – поводок; 6 – хомут; 7 – резец; 8 – срезаемый слой металла.

Положение резца 7: I – до обработки; II – после обработки

Рисунок 1 – Схема обтачивания заготовки в центрах напроход (а) и в упор (б);

а) б)

1 – трехкулачковый патрон; 2 – заготовка; 3 – срезаемый слой металла; 4 – задний центр; 5 – резец.

	5
Положение резца 5: I – до обработки; II – после	обработки

Рисунок 2 – Схема обтачивания заготовки в патроне до кулачков (а) и в упор (б)

1 – заготовка; 2 – припуск; 3 – резец Рисунок 3 – Схема обтачивания заготовки в патроне на проход

1 – заготовка; 2 – срезаемый слой металла; 3 – трехкулачковый патрон; 4 – резец Положение резца 4: I – до обработки; II – после обработки

	6
Рисунок 4 – Схема растачивания сквозного (а)	и глухого (б) отверстий

Таблица 1 – Нормативные значения подачи при обработке точением

		Шероховатость обработанной поверхности, мкм
Обрабатывае-	Скорость
	резания	RZ=40 (Ra=10)			RZ =20 (Ra =5)			RZ =10(Ra =2,5)
мый материал
	V, м/мин		Радиус вершины резца r, мм
					Подача S, мм/об.
		1,5-2	0,5		1	2		1		2
Сталь	30-50	0,45	0,15		0,2	0,25		-		-
	50-80	0,55	0,3		0,35	0,4		0,12		0,15
	80-100	0,6	0,35		0,4	0,45		0,15		0,2
Чугун	Весь	0,5	-		0,35	0,45		0,15		0,25
	диапазон	0,7	-

Скорость резания студент выбирает с учетом производительности обработки

иисключения наростообразования при обработке пластичных марок стали.

Втаблице 1 указаны рекомендуемые величины подачи при обработке стали с В = (700-900) МПа. При обработке стали с В = (500-700) МПа табличные зна-

чения необходимо умножать на 0,75, при В = (900-1100) МПа – на 1,25.

Подачу S для конкретных условий можно рассчитать по эмпирической зависимости

S	8r RZ , мм/об.,		(2)

где r – радиус при вершине резца, мм, студент выбирает самостоятельно из ряда: 0,5; 1; 1,5; 2 мм;

RZ – параметр шероховатости, который необходимо обеспечить по чертежу детали или по заданию практической работы, мкм.

Стойкость резца Т (время работы резца от одной заточки до другой) студент выбирает самостоятельно из ряда: 30; 60; 90; 120; 150 мин

Скорость резания V при точении определяется по эмпирической формуле

V	Cv	KV , м/мин,	(3)
	Tm t Xv SYv

где СV – коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала и условий обработки (продольное или поперечное точение) (таблица 2);

Т – стойкость резца, мин; t – глубина резания, мм;

S – продольная подача, мм/об.;

KV KMV KKV KПV ,

где KMV – коэффициент, зависящий от материала заготовки;

KKV – коэффициент, зависящий от состояния поверхности заготовки;

7

KПV – коэффициент, зависящий от материала пластинки режущей части резца.

Скорость резания при растачивании Vp рассчитывается по зависимости (3) с учетом коэффициента Кр:

Vp V K p .

(4)

Величина коэффициента Кр для расточных работ: при диаметре отверстия до 75 мм – Кр = 0,8; при диаметре отверстия от 75 до 150 мм – Кр = 0,9;

при диаметре отверстия от 150 до 250 мм – Кр = 0,95.

Значение поправочных коэффициентов и показателей степеней для расчета скорости резания V, учитывающих условия обработки точением приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения коэффициентов и показателей степеней, входящих в формулу скорости резания (для твердосплавных резцов)

	Обрабатываемый металл					Характер обработки и										Сv				XV				Уv				m
						марка сплава пластинки
	Сталь	конструкционная				Твердый сплав Т5К10,
						обточка:
	В = 750 МПа					S < 0,75 мм/об.								227						0,15				0,35			0,2
						S > 0,75 мм/об.								221						0,15				0,45			0,2
	Чугун серый НВ190					Твердый сплав ВК6, об-
						точка								243						0,15				0,4			0,2
						Поправочные коэффициенты:
				2.1 в зависимости от свойств металла – KKV
	Сталь конструкци-											В , МПа
	онная			400-500				500-600		600-700					700-800							800-900				900-1000
	Коэффициент КM			2,2				1,6		1,25					1,00							0,83				0,71
	Чугун серый												HВ
				100-120				120-140		140-160					160-180							180-200				200-220
	Коэффициент КM			2,66				1,94		0,5					1,2							1,0				0,85
			2.2 – в зависимости от наличия корки или окалины – ККV
Сталь			Без ока		С окали-					Чугун								НВ					16ХН-			НВ >200
			лины		ной				без корки			с коркой						до				200
Коэффициент			1,0			0,9			1,0			0,8						0,7					0,8			0,9
ККV
				2.3 в зависимости от материал резца — КПV
Марка сплава пластинки при обработке стали											Т5К10					Т15К6				ТЗОК4								-
Коэффициент Кпv											1,0					1,54				2,15								-
Марка сплава пластинки при обработке чугуна											ВК2					ВК3				ВК6								ВК8
Коэффициент Кпv											1,2					1,15				1,0								0,83

8

Мощность, затрачиваемая на резание, определяется:

		Nрез PZ Vd , Вт,	(5)
где	Рz – сила резания, Н; Vd – действительная скорость резания, м/с.
	Сила резания определяется:
		Pz 9,8 Cp tXp SУp Kp ,	(6)
где	Ср – коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого ма-
териала и условий обработки;
	t – глубина резания, мм;
	S – подача, мм/об.;
	Кр – коэффициент, характеризующий конкретные условия обработки.
	При расчете силы Рz учитываются наибольшие значения t и S для данных
условий обработки.
	При упрощенных расчетах можно принимать
		Kp Kмр К р К р ,
где	Кмр – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;
	К р	– коэффициент, зависящий от главного угла в плане ;
	К р	– коэффициент, зависящий от переднего угла .

Значения вышеуказанных коэффициентов, а также Ср и показателей степеней Хр и Ур приведены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 – Значение коэффициента Ср и показателей степеней Хр и Ур

Тип								Обрабатываемый материал
резца			Сталь углеродистая								Чугун ковкий							Чугун серый
	Материал								Механические свойства
				В = 750МПа								НВ150							НВ190
			СР		Хр		Ур			СР		Хр			Ур			СР		Хр		Ур
Про-	Быстро-
ход-	режущая		225		1,0	0,75			103			1,0			0,75			98	1,0			0,75
ные	сталь
	Твердые		300		1,0	0,75			81			1,0			0,75			92	1,0			0,75
	сплавы
	Таблица 4 – Поправочные коэффициенты на силу резания РZ
					Сталь и стальное литье
Предел	проч-
ности	В ,	300-400		400-500			500-600			600-700				700-800				800-900		900-1000
МПа