Задание на курсовой проект

    По  дисциплине: Металлы и неметаллы;

    Выдано  студентке гр. ПКМ – 81: Шестаковой О.В.;

    Тема  курсового проекта: Подобрать материал, обладающий необходимыми свойствами, для изготовления резца для резки стали и выбрать оптимальный метод упрочняющей обработки, либо какой –то другой тип поверхностного упрочнения, повышающий надежность и долговечность работы данной детали;

    Руководитель: Доцент кафедры «Физика и  технология композиционных материалов», к.т.н., А. А. Бердыченко

Содержание 

1.Литературный обзор________________________________________________4

1.1.Типы резцов____________________________________________________4

1.2.Резцы с призматическими пластинками                                                        ___8

1.3.Материалы,  применяемые для изготовления резцов___________________ _9

1.4.Выводы из литературного обзора ____________________________ ______11

2.Технология упрочняющей обработки стали Р6М5____________ __________12

Заключение________________________________________________________15

Список  используемой литературы ____________________________________16

1.Литературный обзор

1.1.Типы резцов 

      Обработка металлов резанием представляет собой весьма распространенный и высокопроизводительный метод обработки металлов, широко используемый в машиностроении. Среди многих способов обработки металлов резанием важное место занимает обаботка резцом. [1].

      Резец это режущий инструмент, состоящий  из головки, т.е. рабочей части, и  тела или стержня. Головка резца образуется при специальной заточке (на заточичных станках) и имеет следующие элементы: переднюю поверхность, задние поверхности, режущие кромки и вершину. Передней поверхностью называется поверхность резца, по которой сходит стружка. Задними поверхностями называются поверхности резца, обращенные к обрабатываемой заготовке (главная и вспомогательная). Режущие кромки образуются при пересечении передней и задней поверхностей. Главная режущая кромка (лезвие) выполняет основную работу резания. Образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей. Вспомогательная режущая кромка (лезвие) образуется от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей (таких кромок может быть две как например, у отрезного резца). Вершина резца - это место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок.[14]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      На  рисунке 1 представлены элементы резца.

                              Рис. 1- элементы резца

      На  рисунке 2 представлены типы резцов.

      Для обработки наружных поверхностей применяют проходные резцы, прямые (рисунок 2, а) и отогнутые (рисунок 2, б). Отогнутые резцы получили широкое применение из-за их универсальности, большей жесткости, возможности вести обработку в менее доступных местах. Проходные упорные резцы (рисунок 2, в) имеют угол в плане φ=90⁰ и применяются при обработке ступенчатых валиков и подрезке буртиков, а также при точении не жестких деталей. Подрезные резцы предназначаются для обточки плоскостей, перпендикулярных оси вращения, подрезки торцов на проход (рисунок 2, г). Расточные резцы служат для обработки отверстий (рисунок 2, д, е). Отрезные резцы служат для отрезания материала от прутков сравнительно небольшого диаметра (рисунок 2, ж). [7]. 

      Рис. 2 – типы резцов

      Для того чтобы обрабатывать заготовку  резанием и получать в результате этого обработанные поверхности той или иной детали, заготовка и применяемый резец должны совершать определённые движения. Эти движения подразделяются на основные (служащие для осуществления процесса резания) и вспомогательные (служащие для подготовки к процессу резания и для завершения операции). Основных движений два: движение резания (главное движение) и движение подачи.

      При обработке на токарном станке движение резания (вращательное) совершает заготовка, а движение подачи (поступательное) получает режущий инструмент, т.е. резец, жестко закреплённый в резцедержателе. Движение резания позволяет осуществлять процесс резания (образования стружки), а движение подачи даёт возможность вести этот процесс (обработку) по всей длине заготовки.

      Глубина резания – величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности.

      Скорость  резания – величина перемещения  точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу  времени в процессе осуществления движения резания.

      Подача (точнее скорость подачи) – величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу  времени в направлении движения подачи.[4]

      Металл, срезанный с заготовки режущим  инструментом, называется стружкой. Процесс резания (стружкообразования) является одним из сложных физических процессов, при котором возникают и упругие и пластические деформации; этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, завиванием и усадкой стружки, повышением твёрдости деформируемых слоёв металла и износом режущего инструмента. Вскрыть физическую сущность процесса резания и установить причины и закономерности явлений, является основной задачей науки о резании металлов. Правильное решение этой задачи позволит рационально управлять процессом резания, сделать его более производительным и экономичным, даст возможность получать более качественные обработанные поверхности и детали.

      На  рисунке 3 представлены виды стружек.

      Элементарная  стружка (рисунок 3, а) получается при  обработке твёрдых и маловязких металлов с малой скоростью обработки. Эта стружка состоит из отдельных пластически деформированных элементов, слабосвязанных или совсем не связанных между собой. Ступенчатая стружка (рисунок 3, б) получается при обработке заготовок из сталей со средней скоростью резания. Прирезцовая сторона такой стружки гладкая, а на противоположной стороне имеются зазубрины с выраженным направлением отдельных связанных между собой элементов. Сливная стружка (рисунок 3, в) получается при обработке сталей с высокой скоростью резания. Она сходит с резца в виде ленты, без зазубрин. Стружка надлома (рисунок 3, г) получается при обработке малопластичных металлов (например твёрдых чугуна и бронзы). Эта стружка состоит из отдельных как бы выломанных элементов разнообразной формы не связанных или очень слабо связанных между собой.

      При проектировании и эксплуатации резцов важно получить форму стружки, удобную  для удаления и безопасную для  рабочего. Такая стружка может быть в виде отдельных кусочков, коротких завитков спиральной или плоской пружины, сплошной спиральной пружины. Для получения такой стружки применяют различные способы завивания и дробления стружки, а именно: определённую геометрию режущей части резца; уступы и лунки на передней поверхности резца; накладные стружколомы нерегулируемые и регулируемые; экранные стружколомы; вибрационное резание с использованием вынужденных колебаний или автоколебаний. [14]

1.2. Резцы с призматическими пластинками

     Рис. 4 – Резцы с призматическими  пластинками 

     Из  всего многообразия резцов я решил остановиться на резцах с призматическими пластинками.

     Резцы с призматическими пластинками  нашли широкое применение в машиностроении. По конструкции резец является простым инструментом. Он представляет собой пластинку, закреплённую на стержне. Форма пластинки может быть различной. В промышленности находят применение резцы с призматическими пластинками, многогранными пластинками и резцы с круглыми чашечными пластинками. Наиболее распространенная конструкция резца состоит из державки с припаянной призматической пластинкой. Форма и размеры пластинки должны соответствовать назначению резца, их выбирают исходя из максимально возможной глубины резания и подачи. Вся длина пластинки не может быть использована полностью и поэтому она берётся больше длины главной режущей кромки. Существенное значение для напаянных резцов имеет расположение пластинки в гнезде державки. При выборе положения пластинки необходимо обеспечить возможно большее число переточек, создание прочной и надёжной конструкции, позволяющее вести обработку с высокими режимами резания. [7] 

1.3.Материалы, применяемые для изготовления резцов 

      Материал  для изготовления резцов – быстрорежущие стали марок Р6М5 и Р6М5К5 [6].

      Быстрорежущие стали являются основным материалом для производства режущего инструмента: их доля составляет 68%; 20% приходится на твердые сплавы, 8% - на углеродистую сталь, 4% - минералокерамические и сверхтвердые материалы. Химический состав некоторых быстрорежущих сталей  приведен в таблице 1.

      В связи с резким дефицитом вольфрама и других легирующих добавок, с 1969 г. высоковольфрамовые стали типа Р18 по возможности заменяют более экономичными вольфрамомолибденовыми сталями типа Р6М5[5].

      Быстрорежущие, как и все инструментальные стали  имеют высокие твердость, прочность и износостойкость. Именно эти требования предъявляют к сталям из которых будут изготовлены резцы. В инструментальных сталях твердость и вязкость будут зависеть от содержания углерода[8].

      По  особенностям применения и комплексу  основных показателей быстрорежущие стали обычно подразделяют на материалы нормальной и повышенной производительности. Однако, такое деление является слишком общим, так как не учитывает ни специфику схем легирования отдельных групп сталей, ни связанные с этим отличия в таких показателях, как износостойкость, вторичная твердость, красностойкость. В связи с этим внутри рассматриваемой группы можно выделить несколько подгрупп: 

1.Стали умеренной красностойкости, такие как Р6М5

2.Стали повышенной износостойкости, в нашем случае это сталь Р6М5Ф3

3.Стали повышенной красностойкости, например Р6М5К5

      Для выбора подходящей марки стали рассмотрим химический состав сталей, приведенный в таблице 1, их механические и технологические свойства можно сравнить по таблице 2. 

 Таблица 1 – Химический состав сталей

Таблица 2 – Механические и технологические свойства

      Уступая по красностойкости и вторичной  твердости  сталям всех остальных  подгрупп сталь Р6М5 превосходит их по прочности, ударной вязкости и шлифуемости. При условии тщательного соблюдения технологии термической обработки инструмента указанные стали примерно одинаковы по работоспособности, однако из экономических соображений предпочтительным большинство авторов считают применение стали Р6М5[9].

      На  основании данных таблиц и выше сказанного подходящей для данной детали я считаю марку стали Р6М5. Данная сталь обладает всеми требуемыми механическими характеристиками имеет высокую прочность и сохраняет упругие свойства в течении длительного времени. 
 
 

1.4.Выводы из литературного обзора 

        Резцы для резки стали подвергаются трению, изнашиванию, выкрашиванию, нростообразованию, усталостным разрушениям, а также работают при повышенных температурах. Учитывая нагрузки, которые испытывают  резцы для резки стали, сил трения и вибраций свой выбор я остановил на стали марки Р6М5, которая обладает наиболее подходящим набором механических и физических свойств, и к тому же дешевизной и доступностью.

        Подходящей для данной стали термической обработкой, которая повышает механические свойства является закалка и отпуск. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Технология  упрочняющей обработки  стали Р6М5 

      Структура быстрорежущей стали Р6М5 после  отжига – продукты эвтектоидного  распада (перлита) и избыточные карбиды. Исходная (т. е. формирующаяся в процессе кристаллизации, передела и предварительной термической обработки) структура оказывает большое влияние на обрабатываемость быстрорежущих сталей и их поведение при закалке и отпуске[9].

          Основные виды ХТО разработаны   и  применяются  для  стальных  деталей.  В зависимости от основного насыщенного компонента эти виды насыщения металлов  неметаллами называют:

       1. Цементация – насыщение углеродом.  Цементация вызывает процесс  насыщения поверхностей деталей углеродом с целью повышения твердости и износостойкости.

       2. Азотирование – насыщение азотом.  Азотирование повышает твердость поверхностного слоя детали, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в атмосфере, воде, паре и т.д.

       3. Сульфатирование – насыщение  серой. После  сульфоазотирования  детали  легче  прирабатываются  друг   к   другу, снижаются потери энергии, затрачиваемой на вращение детали.

       4. Силицирование – насыщение кремнием. Применяют для деталей, работающих  при повышенных температурах.

             5. Борирование – насыщение бором. Применяют для инструмента горячего  деформированного  металла.

       Возможно  также многокомпонентное  насыщение. 
 
 
 

       Однако, для быстрорежущих сталей химико-термическая  обработка, не нужна, так как содержит кобальт, вольфрам, хром и молибден, влияющие на

 твердость  и прочность стали.

      Температурные режимы горячей деформации различны, но для заготовок применяется нагрев до температур 1130-1160⁰С. Заготовка, нагретая до таких температур подвергается деформированию, по окончанию обработки температура заготовки 850-870⁰С.

      После горячей механической обработки  сталь некоторое время  в печи,  охлаждают до температур 750-800⁰С, после чего снова нагревают до 840-880⁰С. Продолжительность выдержки после нагрева до температуры отжига 1-2 ч. По окончанию выдержки сталь охлаждают 4-6 часов, при постоянной температуре печи до 730-750⁰С, а уже после происходит окончательное охлаждение на воздухе.

      Сюда  входит шлифование, которое придает окончательные размеры детали.

      Закалка производится  погружением –  разогрев поверхности ведется за счет кратковременного погружения детали в горячую среду: масло, расплавленные соли или щелочи. Эта операция состоит из трех этапов: первый подогрев до температур 500-600⁰С, второй подогрев – 840-860⁰С  и окончательный нагрев при температуре 1225-1235⁰С. После закалки необходимо  непрерывное охлаждение в масле с температурой 30-60⁰С, с последующей выдержкой, а затем охлаждение на воздухе до 20⁰С.

      После закалки деталь необходимо подвергнуть  отпуску. Для быстрорежущей стали  Р6М5 рекомендуется следующий режим  отпуска: в расплаве солей или  щелочей деталь нагревают до температур 540-560⁰С, продолжительность каждого отпуска 1 час, охлаждение после каждого отпуска следует производить до 20-30⁰С. Таких отпусков должно быть три. Толщина закаленного слоя определяются временем выдержки в горячей среде. Недостаток такого способа закалки – невозможность получения тонкого закаленного слоя.[11]

      Первый  отпуск, ведущий к наиболее значительному  превращению остаточного аустенита, вызывает сильное повышение твердости, особенно у плавок стали Р6М5. Последующие  второй и третий отпуски практически  не изменяют твердости.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Заключение.

      Резец это режущий инструмент, состоящий  из головки, т.е. рабочей части, и  тела или стержня. подвергаются трению, изнашиванию, выкрашиванию, нростообразованию, усталостным разрушениям, а также работают при повышенных температурах.

      Учитывая нагрузки, которые испытывают резцы при работе, сил трения и вибраций изготавливают резцы из быстрорежущих сталей. Все быстрорежущие стали значительно отличаются от обыкновенных, твердостью, прочностью, износостойкостью, красностойкостью.

      Из  всего многообразия быстрорежущих  сталей для изготовления резцов для резки стали я выбрал сталь марки Р6М5. Она обладает меньшей красностойкостью и вторичной твердостью, по сравнению с другими быстрорежущими сталями, однако, превосходит их по прочности, ударной вязкости и шлифуемости, а также доступности и дешевизне исходя из экономических целей.

      Температурные режимы горячей деформации около 1130-1160⁰С. Заготовка, нагретая до таких температур подвергается деформированию, по окончанию обработки температура заготовки 850-870⁰С. Затем заготовку охлаждают до температур 750-800⁰С, после чего снова нагревают до 840-880⁰С, и выдерживают 1-2 часа.  По окончанию выдержки сталь охлаждают 4-6 часов, при постоянной температуре печи до 730-750⁰С, а уже после происходит окончательное охлаждение на воздухе. Это называется изотермическим отпуском.

      Закалка производится  в масле, расплавленных солях или щелочах, при температурах 500-600⁰С, 840-860⁰С и 1225-1235⁰С. После закалки необходимо  непрерывное охлаждение в масле с температурой 30-60⁰С, с последующей выдержкой, а затем охлаждение на воздухе до 20⁰С. 

      Для стали Р6М5 рекомендуется отпуск в расплаве солей или щелочей при температуре 540-560⁰С, продолжительность каждого отпуска 1 час, охлаждение после каждого отпуска следует производить до 20-30⁰С. Таких отпусков

должно  быть три.

      Список  используемой литературы. 

1. Сысоев В. И. Основы резания металлов и режущий инструмент. Издание 2-е,    переработанное и дополненное. М.: МАШГИЗ, 1962.

2. Белоусова Е. А. Технология металлов. М.: Университет Дружбы Народов, 1971.

3. Армагео И. Дж. А. Обработка металлов резанием. М.: Машиностроение, 1977. 

4.  Теория резания металлов, металлорежущие станки и инструменты. Львов: Вища школа, 1976.     

5. Гвоздев А. Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1972.

6. Металлорежущий инструмент. Резцы: Каталог. М.: ВНИИТЭМР, 1988.

7. Родин П. Р. Металлорежущий инструмент.  1974.

8. Палей М. М. и др. Технология шлифования и заточки режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1988.

9. Работоспособность и свойства инструментальных сталей. Киев: Наук. Думка, 1979.

10. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989.

11. Гуляев А. П. и др. Инструментальные стали. Справочник.  М.: Машиностроение, 1975.

12.  Инструментальные стали. Справочник. М.: Металлургия, 1977.

13. Курдюмов Г. В. Явления закалки и отпуска стали. М.: Машиностроение, 1960.

14.     Аршинов В. А. Резание металлов и режущий инструмент. Издание 3, переработанное и дополненное. 1976