книги / Сборник задач и примеров по технологии машиностроения
..pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.С. Дударев
СБОРНИК ЗАДАЧ И ПРИМЕРОВ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2018
УДК 621(076.2) Д81
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор В.И. Свирщев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
д-р техн. наук, профессор К.Р. Муратов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Дударев, А.С.
Д81 Сборник задач и примеров по технологии машиностроения : учеб.-метод. пособие / А.С. Дударев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – 94 с.
ISBN 978-5-398-02127-1
Изложены теоретические сведения, необходимые для выбора инструментального материала. Приведены восемь заданий с вариантами условий, примеры их выполнения, а также необходимые справочные материалы.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
УДК 621(076.2)
ISBN 978-5-398-02127-1 |
© ПНИПУ, 2018 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие......................................................................................................... |
4 |
Задача № 1.......................................................................................................... |
11 |
Задача № 2.......................................................................................................... |
14 |
Задача № 3.......................................................................................................... |
18 |
Задача № 4.......................................................................................................... |
21 |
Задача № 5.......................................................................................................... |
26 |
Задача № 6.......................................................................................................... |
30 |
Задача № 7.......................................................................................................... |
36 |
Задача № 8.......................................................................................................... |
42 |
Список рекомендуемой литературы................................................................ |
49 |
Приложение 1. Выбор инструментального материала................................... |
51 |
Приложение 2. Выбор геометрических параметров резцов.......................... |
55 |
Приложение 3. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние |
|
различных факторов на силу резания.............................................................. |
63 |
Приложение 4. Паспортные данные металлорежущих станков.................... |
66 |
Приложение 5. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние |
|
различных факторов на скорость резания....................................................... |
70 |
Приложение 6. Выбор фрез для фрезерования............................................... |
76 |
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сборник задач разработан в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки студентов, обучающихся по направлению «Конструкторско-технологичес- кое обеспечение машиностроительных производств». Этот сборник может быть использован в программе бакалавриата 15.03.05.52 «Технология, проектирование и автоматизация процессов машиностроения» при выполнении контрольных работ по дисциплине «Технология машиностроения», а также в магистерской программе 15.04.05.54 «Обеспечение эффективности технологических процессов жизненного цикла изделия» при выполнении контрольных работ по дисциплине «Современные проблемы инструментального обеспечения машиностроительных производств».
Данное пособие направлено на приобретение и закрепление студентами знаний о механической обработке различных обрабатываемых материалов и влиянии геометрии режущей части инструмента, режимов обработки на ее качество.
Пособие содержит восемь задач по разделам указанных дисциплин. К каждой из задач приведены примеры с подробным их решением и комментариями, касающимися технологических, конструкторских аспектов задач, которые решают при проектировании технологических процессов изготовления деталей машин.
При выполнении контрольной работы условия задач выбираются в соответствии с вариантом, указанным преподавателем; подробные решения представляются на проверку в печатном виде.
Для выполнения задач по назначению режущего инструмента с учетом технологических режимов обработки в приложениях к пособию приведены справочные материалы.
4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ВЫБОРА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
Цель выполнения контрольных работ – научиться наиболее эффективно выбирать в зависимости от обрабатываемых материалов по справочным данным инструментальные материалы режущей части инструмента для разных условий механической обработки.
Справочные сведения об отечественных инструментальных материалах
Большинство металлорежущих инструментов представляют собой составные конструкции: рабочая часть изготовляется из инструментального материала, крепежная – из обычных конструкционных сталей (сталь 45, 50, 40Х или для тяжело нагруженных корпусов – сталь У10 (ГОСТ 1435–99) или 9ХС (ГОСТ 5950–2000)).
Исключение составляют малоразмерные или слесарные инструменты, изготовляемые целиком из инструментального материала, а также инструменты, изготовляемые из углеродистых инструментальных сталей (ГОСТ 1435–99) и легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950–2000).
Рабочую часть инструментов в виде пластин или стержней из быстрорежущей стали (ГОСТ 19265–73) соединяют с крепежной частью с помощью сварки или пайки. Эксплуатационные и технологические свойства и рекомендуемые области применения наиболее распространенных быстрорежущих сталей приведены в табл. 1.
Рабочую часть в виде пластин из твердых сплавов соединяют с крепежной частью с помощью пайки или специальных высокотемпературных клеев. Многогранные твердосплавные пластины закрепляют прихватами, винтами, клиньями и т.д.
Мелкоразмерные твердосплавные инструменты (концевые и дисковые фрезы, сверла, развертки и т.д.) изготовляют в виде припаиваемых к хвостовикам твердосплавных стержней и коронок или выполняют целиком из твердого сплава.
5
Таблица 1
Быстрорежущие стали для различных режущих инструментов
Марка |
Прочность, износостойкость |
Шлифу- |
Изготовляемый |
стали |
|
емость |
инструмент |
Р18 |
Удовлетворительная проч- |
Удовлетво- |
Всех видов, в том |
|
ность; повышенная износо- |
рительная |
числе для обработки |
|
стойкость при малых и сред- |
|
обычных конструк- |
|
них скоростях резания, ши- |
|
ционных материалов |
|
рокий интервал закалочных |
|
в условиях динами- |
|
температур |
|
ческих нагрузок |
Р9 |
Удовлетворительная проч- |
Понижен- |
Простой формы с ма- |
|
ность; повышенная износо- |
ная по |
лым объемом шлифо- |
|
стойкость при средних и по- |
сравнению |
ванных поверхностей |
|
вышенных скоростях реза- |
со сталью |
(резцы, сверла, зенке- |
|
ния, более узкий интервал |
Р18 |
ры и др.) для обработ- |
|
оптимальных закалочных |
|
ки обычных конст- |
|
температур, повышенная |
|
рукционных мате- |
|
пластичность при температу- |
|
риалов |
|
рах горячей деформации |
|
|
Р6М5 |
Повышенная прочность, бо- |
Удовлетво- |
Всех видов, в том |
|
лее узкий, чем у стали Р18, |
рительная |
числе для обработки |
|
интервал оптимальных зака- |
|
обычных конструк- |
|
лочных температур, повы- |
|
ционных материалов в |
|
шенная склонность к обезуг- |
|
условиях динами- |
|
лероживанию и выгоранию |
|
ческих нагрузок |
|
молибдена |
|
|
Р14Ф4, |
Повышенная износостой- |
Низкая; |
Для снятия стружки |
Р9Ф5 |
кость при низких и средних |
рекоменду- |
небольшого сечения; |
|
скоростях резания |
ется при- |
для обработки мате- |
|
|
менение |
риалов, обладающих |
|
|
эльборовых |
абразивными свойст- |
|
|
шлифо- |
вами в условиях нор- |
|
|
вальных |
мального нагрева ре- |
|
|
кругов |
жущей кромки |
6
|
|
|
Окончание табл. 1 |
|
|
|
Изготовляемый |
Марка |
Прочность, |
Шлифуемость |
|
стали |
износостойкость |
инструмент |
|
Р18К5Ф2, |
Повышенные |
Пониженная, но |
Для обработки высоко- |
Р9М4К8, |
вторичная твер- |
лучше, чем шли- |
прочных, коррозионно- |
Р6М5К5 |
дость и износо- |
фуемость стали |
стойких и жаропрочных |
|
стойкость |
Р14Ф4; рекомен- |
сталей и сплавов в услови- |
|
|
дуется примене- |
ях повышенного нагрева |
|
|
ние эльборовых |
режущей кромки |
|
|
шлифовальных |
|
|
|
кругов |
Простой формы с малым |
Р10К5Ф5 |
Повышенная |
Низкая; рекомен- |
|
|
вторичная твер- |
дуется примене- |
объемом шлифованных |
|
дость, высокая |
ние эльборовых |
поверхностей (резцы, свер- |
|
износостойкость |
шлифовальных |
ла, зенкеры и др.) для об- |
|
|
кругов |
работки высокопрочных, |
|
|
|
коррозионно-стойких и |
|
|
|
жаропрочных сталей и |
|
|
|
сплавов, материалов, обла- |
|
|
|
дающих абразивными |
|
|
|
свойствами в условиях по- |
|
|
|
вышенного нагрева режу- |
|
|
|
щей кромки |
Р9К5 |
Повышенная |
Пониженная, |
Для обработки сталей и |
|
вторичная твер- |
близкая к шли- |
сплавов повышенной твер- |
|
дость |
фуемости ста- |
дости и вязкости; пригодна |
|
|
ли Р9 |
для работы с ударом |
Р9К10 |
Повышенная |
Пониженная, |
С малым объемом шлифо- |
|
вторичная твер- |
близкая к шли- |
ванных поверхностей для |
|
дость (понижен- |
фуемости ста- |
обработки коррозионно- |
|
ная ударная вяз- |
ли Р9 |
стойких, жаропрочных, |
|
кость) |
|
а также повышенной твер- |
|
|
|
дости и вязкости сталей |
|
|
|
и сплавов |
Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Твердые сплавы содержат зерна карбидов вольфрама, титана и тантала, а в качестве связки используется кобальт. Эти компоненты, приготовленные в виде порошка, смешивают, спрессовывают в пластины и затем спекают.
7
Однокарбидные твердые сплавы называются вольфрамокобальтовыми. Основными марками твердых сплавов вольфрамовой группы являются марки ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК4-М, ВК6, ВК6-М, ВК6-В,
ВК8, ВК8-В, ВК10, ВК10-ОМ (ГОСТ 3882–74) (ИСО 513-2014).
В обозначении марки твердого сплава этой группы буква В обозначает группу, буква К и число, следующее за ней, – процентное содержание кобальта, являющегося связывающим металлом. Массовая доля карбида вольфрама определяется разностью между 100 % и массовой долей кобальта. Буква М обозначает, что структура сплава мелкозернистая (ОМ – особо мелкозернистая), а буква В – то, что она крупнозернистая.
Двухкарбидные твердые сплавы (Т5К10, Т15К6) называются вольфрамотитановыми. Буква Т и цифра после нее обозначают массовую долю карбида титана в твердом сплаве, а буква К и цифра после нее – массовую долю кобальта, остальное – это массовая доля карбида вольфрама.
Трехкарбидные твердые сплавы (ТТ7К12, ТТ10К8) называются вольфрамотитанотанталовыми. Буквы ТТ и цифра после них обозначают массовую долю карбидов титана и тантала, цифра за буквой К – массовую долю кобальта, остальное – это массовая доля карбида вольфрама.
Безвольфрамовые твердые сплавы состоят из карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (КНТ-16 и ТН-20). Твердый сплав КНТ-16 состоит из карбонитрида титана TiCN (74 %), никеля Ni (19,5 %), молибдена Мо (6,5 %); твердый сплав ТН-20 – из карбида титанаTiC (79 %), никеля Ni (15 %), молибденаМо (6 %).
Марки твердых сплавов, разработанные в РФ, и рекомендуемые области применения твердосплавного инструмента приведены в прил. 1 (табл. П.1.1).
Справочные сведения об импортных инструментальных материалах
Быстрорежущие стали, разработанные и изготовленные за рубежом, имеют обозначение HSS (High Speed Steel (англ.) – быстрообрабатывающие стали).
8
Твердые сплавы, разработанные и изготовленные за рубежом по ИСО (ISO), разбиты на шесть групп в зависимости от обрабатываемых материалов, для обработки которых эти сплавы используются. Твердые сплавы могут иметь самую разную фирменную маркировку.
В соответствии со стандартом ISO 513–2014 инструментальные материалы характеризуются уникальными свойствами в отношении обрабатываемости резанием. Выделяются следующие группы:
1.ISO P (синяя группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки стали. Материалами этой группы обрабатывается самая большая по составу группа материалов, включающая различные сорта стали от нелегированных до высоколегированных, включая стальные отливки, ферритную и мартенситную нержавеющую сталь. Как правило, они имеют хорошую обрабатываемость, но это зависит от твердости стали и процентного содержания в ней углерода.
2.ISO M (желтая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки нержавеющей стали. К этой группе относятся сплавы с содержанием хрома не менее 12 %; некоторые сплавы могут содержать никель и молибден. Существуют различные виды нержавеющей стали, например: ферритная, мартенситная, аустенитная
иаустенитно-ферритная (дуплексная). Характерной особенностью обработки всех этих сталей является интенсивный термический износ режущих кромок инструмента, износ в виде образования проточин и наростообразования.
3.ISO K (красная группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки чугуна. В отличие от стали чугун дает короткую сыпучую стружку. Серые чугуны (GCI) и ковкие чугуны (MCI)
обрабатываются |
довольно легко, |
а чугун с шаровидным |
(NCI) |
и вермикулярным |
(CGI) графитом |
и отпущенный ковкий |
чугун |
(ADI) поддаются обработке сложнее. В состав любого чугуна входит карбид кремния (SiC), что определяет абразивный характер износа режущей кромки инструмента.
9
4.ISO N (зеленая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки цветных металлов. Алюминий, медь, латунь
идругие цветные металлы гораздо мягче черных. Алюминий с содержанием кремния 13 % является очень абразивным материалом. Цветные металлы обрабатывают инструментом с острыми режущими кромками с высокой скоростью резания и продолжительным периодом стойкости.
5.ISO S (оранжевая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки жаропрочных сплавов. Данными материалами обрабатывается большое число высоколегированных материалов на основе железа, никеля, кобальта и титана. Все они достаточно вязкие, поэтому их обработка сопровождается наростообразованием на инструменте и выделением большого количества тепла, к тому же для них характерно упрочнение в процессе резания. По свойствам они схожи со сталями (группа ISO M), но гораздо труднее поддаются резанию, что объясняет небольшой срок службы режущих пластин.
6.ISO H (серая группа в каталогах) – материалы, предназначенные для обработки материалов с высокой твердостью, к которым относятся обрабатываемые стали твердостью 45–65 HRС, а также отбеленный чугун твердостью 400–600 HB. Высокое значение твердости делает их трудно поддающимися обработке. Эти обрабаты-
ваемые материалы в процессе резания выделяют много тепла и очень абразивны по отношению к режущей кромке инструмента.
Соответствие между некоторыми российскими и зарубежными марками конструкционных углеродистых сталей приведено в прил. 1.
10