Материал: Методические указания для выполнения лабораторных работ «Обработка поверхностей на шлифовальных станках, на протяжных станках и шлицевых поверхностей». Пачевский В.М., Воропаев Н.И

ГОУВПО «Воронежский государственный технический

университет»

Кафедра автоматизированного оборудования

машиностроительного производства

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения лабораторных работ

«Обработка поверхностей на шлифовальных станках,

на протяжных станках и шлицевых поверхностей»

по дисциплинам «Режущий инструмент», «Металлорежущие станки», «Проектирование инструментов» для студентов специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» очной

и очно-заочной форм обучения

Воронеж 2008

Составители: канд. техн. наук В.М. Пачевский, канд. техн. наук Н.И. Воропаев, канд. техн. наук В.И. Гунин

УДК 65.9(2)305.8(07)

Методические указания для выполнения лабораторных работ «Обработка поверхностей на шлифовальных станках, на протяжных станках и шлицевых поверхностей» по дисциплинам «Режущий инструмент», «Металлорежущие станки», «Проектирование инструментов» для студентов специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» очной и очно-заочной форм обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет; сост. В.М. Пачевский, Н.И. Воропаев, В.И. Гунин. Воронеж, 2008. 62 с.

Методические указания содержат варианты лабораторных работ, связанных с абразивной обработкой материалов, с изучением конструкции и особенностями эксплуатации режущего инструмента.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по курсам «Режущий инструмент», «Металлорежущие станки», «Проектирование инструментов» для студентов специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» очной и очно-заочной форм обучения. Лабораторные работы могут быть использованы по курсам «Технология машиностроения» и «Машины и оборудование» для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения специальности 080502 .

Методические указания предназначены также для самостоятельной работы студентов с целью их подготовки к выполнению лабораторного практикума.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word и содержатся в файле Обраб. на ШС, ПС .doc.

Табл. 28. Ил. 4. Библиограф.: 5 назв.

Рецензент докт. техн. наук, проф.А.Н. Осинцев

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

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ГОУВПО «Воронежский государственный

т ехнический университет», 2008

1. Обработка поверхностей на шлифовальных станках

1.1. Общие положения и указания

К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ

Методические указания разработаны для четырех лабораторных работ, связанных с изучением металлорежущего инструмента, особенностями его практического применения.

Цель работ: закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков в подборе оптимальных конструкций и геометрических параметров режущих инструментов для заданных условий обработки и измерение этих параметров в реальных условиях. В работах предусмотрены элементы исследований, что значительно повышает познавательный эффект.

Все лабораторные работы рассчитаны на выполнение каждым студентом индивидуальных заданий, выдаваемых преподавателем.

Время выполнения одной работы - 4 часа

Не позднее, чем за две недели до проведения лабораторной работы, студент должен знать номер той работы, которую он должен выполнять на следующем занятии. За это время студент знакомится с описанием лабораторной работы, изучает теоретические вопросы, продумывает возможные варианты выполнения работы.

Отчет по лабораторным работам оформляется в отдельной тетради. Он проводится в виде защиты проекта. Студент защищает проект в присутствии всей подгруппы. Каждый присутствующий может задавать вопросы и высказывать свое мнение по поводу проекта.

В отчетах по лабораторным работам должны быть представлены:

1. Индивидуальное задание;

2. Линейные и геометрические параметры инструмента, определенные применительно к данному индивидуальному заданию;

3. Полный расчет режимов резания;

4. Линейно-геометрические параметры аналога режущего инструмента;

5. Исследовательская часть.

Примечание. Варианты задания выбираются по номеру паспорта: вариант соответствующий пункту 1 выбирается по последней цифре номера паспорта; вариант пункта 2 – по предпоследней цифре и т.д.

1.2. Теоретическая часть

Абразивные инструменты

Абразивный инструмент широко применяют при обработке различных деталей машин, механизмов и приборов, он обеспечивает точность обработки до 1 - 4 мкм и параметр шероховатости поверхности R_а до 0,20 - 0,08 мкм. Более 21 % всего парка металлорежущих станков работает с использованием абразивного инструмента. В подшипниковой, автомобильной и моторостроительной промышленности станки для абразивной обработки составляют более 50 % общего числа станков. Абразивную обработку широко применяют в инструментальной промышленности, где все окончательные операции производят с применением абразивных инструментов.

Расширение областей применения труднообрабатываемых сталей и сплавов, повышение требований к точности изготовления и качеству поверхности деталей машин, механизмов и приборов, внедрение автоматических комплексов, в том числе гибких производственных систем и поточных линий значительно расширяет область применения абразивных инструментов.

В настоящее время в связи с применением мерных заготовок все больше переходят на их обработку непосредственно шлифованием, используя круги для скоростного и обдирочного шлифования. Абразивный инструмент - режущий инструмент, предназначенный для абразивной обработки (ГОСТ 1445-84). Абразивный инструмент имет определенную геометрическую форму. Он состоит из абразивных зерен требуемого материала и размера (зернистости), скрепленных между собой связкой, кроме того, в абразивном инструменте имеются поры (пустоты). Соотношение между количеством связки и пор определяет твердость абразивного инструмента, между количеством зерна и связки - его структуру. Твердость абразивного инструмента - свойство связки оказывать сопротивление выравниванию абразивных зерен из его рабочей поверхности.

У алмазных и эльборовых абразивных инструментов пор нет, и они состоят из зерна и связки, за исключением эльборовых инструментов на керамической связке, которые различаются по твердости и у которых предусматривают получение определенного количества пор в процессе изготовления.

К абразивным материалам, применяемым для изготовления абразивных инструментов, предъявляют следующие требования: он должен быть тверже, чем обрабатываемый материал, обеспечивать процесс резания (скобления, царапанья) и самозатачивания, т. е. частично восстанавливать свои режущие свойства в процессе работы. Такими свойствами обладают минералы, которые и используют в виде абразивного материала. Абразивные материалы делят на природные (кварц, наждак, корунд и алмаз) и искусственные (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетические алмазы, кубический нитрид бора).

Для изготовления абразивных инструментов применяют в основном искусственные абразивные материалы. Природные абразивные материалы (кроме алмаза) имеют ограниченное применение из-за своей неоднородности и недостаточной стабильности эксплуатационных свойств. Карбид бора обладает малой механической прочностью, его используют только в свободном состоянии в виде порошка для шлифования и доводки различных твердых материалов и сплавов. Остальные абразивные материалы используют как в свободном состоянии, так и для изготовления абразивных инструментов.

Электрокорунд нормальный - рекомендуется для обдирочного шлифования деталей кругами на керамической и бакелитовой связках. Его выпускают следующих марок: 16A, 15A, 14А и 13А. Первые две рекомендуются для изготовления абразивного инструмента классов АА и А на керамической связке, остальные - для кругов на керамической и органической связках, шлифовальной шкурки, при шлифо­вании свободным абразивом.

Электрокорунд белый, хромистый, хромотитанистый применяют для окончательного и скоростного шлифования стальных заготовок в закаленном и незакаленном состояниях кругами на керамической и бакелитовой связках. Круги из хромотитанистого электрокорунда обладают лучшими (чем круги из белого электрокорунда) эксплуатационными свойствами и обеспечивают повышение производительности на 20 - 30 %. Электрокорунд белый выпускают следующих марок: 25A, 24А, 23А, 22А; хромистый электрокорунд марок: 34А, 33А; хромотитанистый электрокорунд марок 92А и 91А выпускают на основе белого электрокорунда, а марок 94А и 93А - на основе нормального электрокорунда.

Электрокорунд циркониевый марки 38А применяют для обдирочного шлифования стальных заготовок кругами на бакелито­вой связке. Стойкость инструмента из него в 10 - 40 раз и более выше стойкости инструмента из нормального электрокорунда.

Монокорунд - электрокорунд в виде отдельных кристаллов или их осколков; его рекомендуют для окончательного шлифования деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов инструментами на керамической связке; выпускают трех марок: 45А, 44А, 43А.

Карбид кремния зеленый марок 64C, и 63С рекомендуется для обработки заготовок из твердых сплавов, чугуна, цветных металлов гранита, мрамора инструментами на всех связках.

Карбид кремния черный марок 55С, 54С, 53С применяют для обработки заготовок из вольфрамовых твердых сплавов, чугуна, цветных металлов инструментами на всех связках.

Природные и синтетические алмазы регламентированы ГОСТ 9206-80Е. Шлифовальные порошки из природных алмазов выпускают следующих марок: Al, A2, A3, А5, А8; из синтетических алмазов - АС2, АС4, АС6, АС 15, АС20, АС32, АС50. Цифровой индекс у природных алмазов указывает содержание зерен изометрической формы, выраженное десятками процентов, у синтетических алмазов - среднеарифметическое значение показателей прочности на сжатие всех зернистостей определенной марки, выраженное в ньютонах.

Микропорошки выпускают нормальной и повышенной абразивной способности. Микропорошки нормальной абразивной способности из природных алмазов обозначают AM, из синтетических алмазов АСМ, микропорошки повышенной абразивной способности соответственно обозначают АН и АСН. К буквенному обозначению субмикропорошков добавляют цифровой индекс 5, 1, обозначающий долю зерен крупной фракции в процентах: 5 - содержание крупной фракции до 5 %; 1- до 1 %.

Природные алмазы применяют в стройиндустрии, при обработке камня, технического стекла, бетона, керамики, а также при изготовлении бурового и правящего инструмента (А5, А8). Синтетические алмазы АС2, АС4, АС6 рекомендуется применять при обработке заготовок из твердых сплавов, керамики, камней и цветных металлов: АС2 и АС4 - для инструментов на органическойсвязке, АС6 - для инструментов на металлической связке; АС15 - АС50 - для инструментов на металлической связке, работающих в тяжелых условиях, при обработке неметаллических материалов. Микропорошки и субмикропорошки используют для доводки и полирования заготовок из труднообрабатываемых сталей, сплавов, твердых неметаллических материалов, полупроводников.

Порошки из синтетических поликристаллических алмазов, получаемые путем дробления синтетических алмазов соответствующей марки (баллас АРВ-1; карбонадо АРК-4; спеки АРС-3), рекомендуется применять при изготовлении инструментов для предварительного хонингования, резки стеклопластиков, бурения, обработки камней, правки шлифовальных кругов.

Кубический нитрид бора (эльбор, кубонит применяют для обработки заготовок из стали и чугуна. Его применение особенно эффективно при окончательном и профильном шлифовании термообработанных заготовок из высоколегированных конструкционных жаропрочных и коррозионно-стойких сталей высокой твердости и заточки стальных режущих инструментов. При этом расход абразивного инструмента снижается в 50 - 100 раз по сравнению с расходом электрокорунда.

В зависимости от показателя механической прочности эльбор разделяют на марки: ЛО - обычной прочности, ЛП - повышенной механической прочности, ЛКВ - высокопрочный КНБ. Так, эльбор зернистостью 20 марки ЛО имеет механическую прочность не менее 3,0 Н, марки ЛП - 6,1 Н, марки ЛКВ - 7,1 Н. Микропорошки из эльбора выпускают двух марок: ЛВМ - с высоким содержанием зерен основной фракции и ЛПМ - с повышенным содержанием зерен основной фракции.

Эльбор обычной механической прочности применяют для изготовления инструментов на органической связке и шлифовальной шкурки. Эльбор повышенной механической прочности применяют для изготовления инструментов на керамической и металлической связках, для обдирочного шлифования, глубинной заточки, обработки заготовок из труднообрабатываемых конструкционных сталей и быстрорежущих сталей. Эльбор марки ЛКВ используют для производства инструментов на металлической связке, предназначенных для работы в тяжелых условиях. Микрошлифпорошки предназначены для доводочных работ.

Кубонит выпускают двух марок: КО - обычной прочности, КР - повышенной прочности. Кроме того, из кубонита выпускают две марки микропорошков: нормальной КМ и повышенной КН абразивной способности. Инструменты из кубонита имеют одинаковые с эльборовым инструментом эксплуатационные свойства. Его используют в тех же целях.

Абразивные инструменты работают при скоростях резания значительно больших, чем скорости резания при работе лезвийным режущим инструментом. Изменяя соотношения между различными компонентами абразивного инструмента, меняют его эксплуатационные свойства, что позволяет обрабатывать ими различные материалы (от заготовок из кожи, резины и дерева до заготовок из труднообрабатываемых закаленных сталей с высокой твердостью, из твердых сплавов и твердых неметаллических материалов).

Исходными данными при проектировании абразивных инструментов являются: материал обрабатываемой заготовки, его состояние, форма, размеры, расположение обрабатываемых поверхностей, требования по точности обработки, шероховатости поверхности, вид обработки и тип станка, на котором производится обработка.

Инструменты из электрокорунда и карбида кремния характеризуются формой, размерами, абразивным материалом и его зернистостью, связкой, твердостью и структурой.

Форма и размеры абразивных инструментов установлены государственными стандартами: ГОСТ 2424-83 (круги шлифовальные), ГОСТ 2447-82 (головки шлифовальные). ГОСТ 2464-82 (сегменты шлифовальные), ГОСТ 2456-82 (бруски шлифовальные). Основные виды шлифовальных кругов приведены в табл. 1.1.

На кругах диаметром свыше 40 мм маркируют товарный знак предприятия-изготовителя, марку абразивного материала, зернистость, степень твердости, марку связки, класс точности. У кругов диаметром свыше 250 мм дополнительно указывают размеры круга (D  H  d), структуру, рабочую скорость, на которой может работать круг, класс неуравновешенности. Маркировку кругов диаметром до 40 мм наносят на упаковке.

Наиболее широкое применение из выпускаемых шлифовальных кругов имеют круги прямого профиля ПП. Их применяют для круглого, наружного, внутреннего, бесцентрового и плоского шлифования. При шлифовании отверстий диаметр круга выбирают в пределах 0,7 - 0,9 диаметра отверстия. Бесцентровое шлифование применяют при обработке наружных и внутренних поверхностей.

Таблица 1.1

Основные типы и размеры абразивных кругов

на керамических и органических связках

Продолжение табл. 1.1

На плоскошлифовальных станках обработку ведут либо периферией, либо торцом круга. Круги формы Т применяют для заточки инструмента по передней поверхности, формы ЧЦ и ЧК - для заточки по задней поверхности, круги формы 2П - для шлифования резьбы, зубьев колес, пазов и др. Для отрезных и прорезных работ применяют круги формы Д (диски).

Шлифовальные головки (рис. 1.1, а) применяют для обработки различных фасонных поверхностей штампов, пресс-форм и др. с помощью ручных бормашинок или на станках. Головки цилиндрической формы AW используют также для обработки отверстий малых диаметров.

Шлифовальные бруски (рис.1, б) применяют для ручной обработки, а также хонингования и суперфиниширования. Хо-нингование является одним из наиболее производительных, точных и экономичных методов окончательной обработки, и применяют его чаще всего при обработке сквозных гладких цилиндрических отверстий диаметром от 18 до 1500 мм, реже - для обработки глухих отверстий и отверстий, снабженных пазами. Хонингование обеспечивает точность обработки до Н6 - Н5 и параметр шероховатости поверхности R_а = 0,16...0,01 мкм. Обработку ведут хонинговальными головками, оснащенными абразивными брусками, на специальных станках вертикального или горизонтального типа, при вращательном и поступательном движениях.