Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртладзе,

Д.А. Негров, А.С. Безнин

технологические процессы

в машиностроении:

Проектирование и производство

заготовок

Учебное пособие

по курсовому проектированию

по дисциплине

«Технологические процессы в машиностроении»

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Омск - 2005

УДК 621:621.8.001.63(075)

ББК 34.51я73

Т38

Рецензенты:

Б.А. Калачевский, д-р техн. наук, проф., СИБАДИ

В.И. Клюев, главный конструктор ОАО «Омский завод «Автоматика»

Т38 Технологические процессы в машиностроении: проектирование и производство заготовок: Учеб. пособие / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртладзе, Д.А. Негров, А.С. Безнин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. 116 с.

ISBN 5–8149–0249–3

В учебном пособии приведены краткие сведения об основных способах механической обработки металлов резанием и давлением, использующихся при получении заготовок деталей машин.

Рассмотрена методика расчета межоперационных размеров и исходных размеров заготовки, основанная на учете схемы базирования заготовки и погрешностей положения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали. Даны рекомендации по проектированию заготовок, получаемых обработкой давлением (штамповок).

На примере получения штампованной заготовки коронной шестерни рассмотрены два альтернативных технологических процесса, оценены области их рационального применения.

Для студентов технических университетов.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 621:621.8.001.63(075)

ББК 34.51я73

© Авторы, 2005

© Омский государственный

технический университет, 2005

© Московский государственный

технологический университет

ISBN 5–8149–0249–3 «СТАНКИН», 2005

Введение

Проектирование заготовок деталей машин представляет собой важную научно-техническую задачу. Ее решение оказывает большое влияние на обеспечение требований к качеству и точности, на трудоемкость и себестоимость обрабатываемых деталей, экономию или перерасход конструкционных материалов, затраты энергии, расход дорогостоящих инструментальных материалов и инструментов и др.

При решении этой задачи должны быть учтены особенности не только принятого метода получения заготовки, но и технология последующей обработки детали. В связи с этим в пособии на конкретном примере проектирования заготовки (штамповки) детали «Коронная шестерня» дана методика определения минимальных размеров заготовки и их отклонений с учетом принятой технологии последующей обработки детали.

Методика проектирования заготовки и технологического процесса ее получения предваряется краткими теоретическими сведениями об обработке металлов резанием и давлением.

Рассмотрены методики расчета сил резания и учета их влияния на отклонения режущего инструмента относительно детали и на допускаемые параметры сечения срезаемого слоя и режима резания. Учтено влияние износа инструмента на погрешности обработки и допускаемые температуры режимов резания.

В пособии описаны и приведены программы для расчета на ЭВМ температур и сил резания с учетом взаимосвязи температуры и предела текучести обрабатываемого материала. Эти программы используются для обоснования выбора количества проходов, глубин резания, подач и скоростей резания.

Даны рекомендации по определению предела текучести при горячей обработке давлением. Приведены методики расчета усилий деформирования и выбора необходимого кузнечно-прессового оборудования. Рассмотрены закономерности процесса нагрева заготовок и расчета требуемой энергии и времени на эту операцию.

Проанализировано влияние программы выпуска заготовок на себестоимость различных вариантов технологического процесса получения заготовки.

1. Краткие теоретические сведения об обработке материалов резанием

1.1. Усадка стружки, относительный сдвиг и деформации в зоне стружкообразования с параллельными границами

Для анализа соотношений между скоростями стружки и детали (инструмента) применяется упрощенная схема зоны деформации с единственной плоскостью сдвига, предложенная русским ученым, профессором И.А.Тиме [1].

а) б)

Рис. 1.1. Соотношения между скоростями стружки и детали

при деформации по схеме И.А. Тиме – единственной плоскости сдвига:

а) – схема зоны стружкообразования; б) – план скоростей

Условие непрерывности (сплошности) несжимаемой деформируемой среды при образовании сливной стружки при плоской деформации выражается в постоянстве скорости в направлении 1–1 (рис. 1.1), перпендикулярном условной плоскости сдвига.

Для выполнения условий непрерывности несжимаемой среды при плоской деформации проекции скорости резания v (а при косоугольном резании – ее нормальной к режущей кромке составляющей в плоскости резания) и скорости стружки v₁ на нормаль к условной плоскости сдвига должны быть равны друг другу:

  или  . (1.1)

Из выражения (1.1) следует

. (1.2)

Отношение скорости резания v к скорости стружки v₁, согласно терминологии, введенной И.А. Тиме [1], называют усадкой стружки  (а иногда – коэффициентом усадки стружки К).

Вследствие постоянства объема и равенства ширины стружки ширине срезаемого слоя усадка стружки может быть определена как отношение толщины стружки а₁ к максимальной толщине срезаемого слоя а_м [1]:

_. (1.3)

По усадке стружки  и переднему углу  вычисляется угол _у наклона условной плоскости сдвига, а также длина контакта С_А стружки с передней поверхностью режущего лезвия:

. (1.4)

Длина контакта С_А может быть оценена по формуле Н.Г. Абуладзе [1 ]

(1.5)

Условие контакта инструмента со стружкой определяет величину скорости v₂ , с которой стружка перемещается вдоль условной плоскости сдвига. Для большей наглядности рассмотрим соотношения между этими скоростями при неподвижной детали (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема скоростей резца и стружки при строгании

Условие контакта стружки с инструментом требует, чтобы проекции скоростей стружки и резца на нормаль к передней поверхности режущего лезвия были равны друг другу, т.е. [1]

(1.6)

Скорость v₂ характеризует перемещение частиц стружки, находящихся на верхней границе зоны стружкообразования относительно нижней в направлении условной плоскости сдвига.

Отношение скорости v₂, полученной из условия контакта стружки с резцом, к нормальной относительно условной плоскости сдвига составляющей скорости резания v_n = v sin_y называют относительным сдвигом  [ 1]:

(1.7)

Выражение для относительного сдвига в виде (1.7) использовалось еще И.А. Тиме [1]. В литературе используются и другие выражения для относительного сдвига , тождественные выражению (1.7):

(1.8)

Согласно современным представлениям, при образовании непрерывной и сплошной (сливной) стружки зона деформации имеет сложную форму и условно может быть разбита на несколько зон (рис.1.3).

Рис. 1.3. Схема зоны деформации

A – зона стружкообразования с параллельными границами; Б – застойная зона адиабатических деформаций, поперечное сечение «уса»; В и Г– зоны контактных деформаций на передней и задней поверхностях

При резании металлов непрерывное изменение скоростей при переходе деформируемой частицы через зону стружкообразования с параллельными границами может быть достаточно хорошо аппроксимировано функциями вида (1.9) (рис.1.4) [1 ]

а)

в)

б)

Рис. 1.4.  Распределение касательных скоростей в зоне стружкообразования:

а) – схема зоны стружкообразования и скоростей; б) – план скоростей для условной плоскости сдвига; в) – эпюра изменения касательной скорости в зоне с параллельными границами

(1.9)

Здесь H – условная ширина зоны стружкообразовании, n – показатель степени, характеризующий неоднородность распределения касательной скорости v_x(y) в зоне стружкообразования и, следовательно, неоднородность сдвига.

С учетом сказанного деформация в зоне стружкообразования может рассматриваться как неоднородный сдвиг.

Формулы Коши [3] для компонента тензора приращений скоростей деформаций имеют вид

, (i = 1, 2, 3; j = 1, 2, 3).                 (1.10)

Для плоской деформации (v_z=0) в силу условий (1.9) на основании формул (1.10) получим [1]

. (1.11)

Все остальные компоненты тензора приращений скоростей деформаций равны нулю.

В частности, у конечной границы зоны деформации при приближении к ней со стороны зоны стружкообразования, т.е. при y, стремящемся к H–0, скорость деформации может быть оценена с помощью формулы

(1.12)

Для средних условий резания:

 = 2,5, v = 1 м/с, _у=30 ^о, n = 5, H = (0,2–0,5)a, a=0,2 мм,

, c^–1. (1.13)

В сравнении со стандартными механическими испытаниями на растяжение, сжатие, при которых скорость деформации приблизительно равна 10^-4 – 10^-3 с^-1, и даже в сравнении со скоростями деформаций при различных методах обработки металлов давлением , с^-1 скорости деформации при резании очень велики.

Закон изменения истинных деформаций в зоне стружкообразования может быть получен интегрированием скоростей деформации

    (1.14)

Наибольшего значения истинный сдвиг достигает при y = H, т.е. у конечной границы зоны стружкообразования

(1.15)