Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Обработка металла

Токарная обработка


Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Сведения по сопротивлению материалов

 

 

23.1. Основные положения

В процессе работы конструкция металлорежущего станка или любой другой машины должна выдерживать действующие на нее нагрузки. Для этого детали станка должны быть выполнены из соответствующего материала и иметь необходимые размеры и формы, которые определяются научно обоснованным расчетом.

Сопротивление материалов — наука о прочности и деформируемости элементов (деталей) сооружений, машин и механизмов. Основные объекты изучения этой науки — брусья (стержни и балки), для которых устанавливаются соответствующие методы расчета на прочность, жесткость и устойчивость при действии статических и динамических нагрузок.

Брус — тело, у которого один размер (длина) велик по сравнению с двумя другими размерами (в плоскости поперечного сечения); иногда при растяжении брус называют также стержнем, а при изгибе — б а л к о й. Линию, соединяющую центры тяжести поперечных сечений бруса, называют его осью.

Теоретические положения сопротивления материалов базируются на законах и выводах теоретической механики, а также на опытных данных о свойствах материалов деформироваться под действием приложенных к ним внешних сил.

При анализе движений в механизмах и машинах принято рассматривать каждую деталь как абсолютно твердое тело, т. е. совершенно не изменяющееся под действием приложенных сил. Фактически при воздействии на тело внешних нагрузок происходит изменение расстояний между его частицами. При этом тело меняет свои размеры и первоначальную геометрическую форму, т. е. деформируется.

Внутренние силы, действующие между частицами, оказывают сопротивление внешним нагрузкам, приложенным к телу. Поэтому деформация тела продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между конечными внешними нагрузками и внутренними силами сопротивления (силами упругости); такое состояние тела называют   напряженным.

 


Если после снятия нагрузки тело может полностью восстановить свою первоначальную геометрическую форму, то его принято считать совершенно у п р у г и м, а деформации — упруг и м и. Если после снятия нагрузки геометрическая форма тела восстанавливается не полностью, то его принято считать частично упругим, а деформации — остаточными" или пластическим и.

Тело, способное безопасно выдержать нагрузки в границах допустимых изменений размеров, называются прочным. Тело обладает требуемой жесткостью, если оно при деформациях изменяет свои размеры в заданных пределах.

23.2. Деформации деталей под действием нагрузки

Сложные деформации деталей, возникающие под действием нагрузки, можно представить простыми составляющими перемещений. Если перемещения происходят вдоль прямой линии, их называют л и-н е й н ы м и.

Перемещения, связанные с поворотом линий и плоскостей (сечений), называют угловыми. Если на свободный торец стержня действует момент сил, приложенных в плоскости поперечного сечения, то торцовое сечение стержня повернется относительно -неподвижно закрепленного торца на угол ф, называемый абсолютным углом закручивания стержня (23.1, б). Относительный угол закручивания 9 = = ш//   где I — длина стержня.

Если к свободному торцу стержня приютить нагрузку, действующую в плоскости его осевого сечения перпендикулярно оси то торцовое сечение стержня одновременно совершит два перемещения: линейное   на   величину/   и   угловое   на   угол 6

(23.1, в).

Если к стержню в сечениях ab и ей приложить две равные силы Р  (26.1, а)   близко расположенные к поперечному сечению об    и    направленные    навстречу друг другу, то при достаточной величине этих   сил "происходит   срез,   аналогичный разрезанию      материалов      ножницами. Предшествующая срезу деформация, при которой  происходит  смещение  поверхностей вдоль поперечного сечения стержня (см. сечение c'd' на 23.2, б), называют    сдвигом.    Величину,   на   которую произошло это смещение, называют абсолютным   сдвигом,   а угол v, образовавшийся при смещении,— относительным   сдвигом.

23.3. Расчет бруса при изгибе

При   изгибающей   деформации   бруса продольные   волокна   искривляются   под действием  сил. или  моментов   (пар  сил), действующих вдоль оси бруса. Изгиб бруса под действием сил и моментов, лежащих     в     одной     плоскости,     называют плоским.    Изгиб   бруса,   вызываемый двумя равными и расположенными в одной плоскости моментами, направленными в   противоположные   стороны,   называют чистым.   Изгиб бруса, вызываемый изгибающими моментами, а также действием поперечных сил, называют   поперечным.

Балку, опирающуюся на неподвижную и   подвижную   опоры,   называют    п р о-с т о й.    Неподвижная   шарнирная   опора (23.5, а) препятствует смещению балки    в    вертикальной    и    горизонтальной плоскостях и допускает свободный поворот опорного сечения балки под действием нагрузки. Силы Р, и Р2, действующие на балку,   вызывают   в   неподвижной   опоре противодействие в виде сил Н и V, которые называют реакциями опоры.  Подвижная  шарнирная  опора   (23.5,   б) уравновешивает силы Р3 и Р4, приложенные    к   балке,    только   в    вертикальной плоскости  (реакция V).

Балка, у которой один конец жестко защемлен в опоре, а другой — свободен, называют консолью. В жесткой опоре (23.5, в) под действием сил Р, и Р2 возникают реактивный момент М, вертикальная реакция V и горизонтальная реакция Я. На 23.6 показаны балки различных типов.

Внешние нагрузки на балку проявляются в виде сил Р,, P2l р3, ..'., Pi, приложенных в отдельных точках (23.7, а) распределенной нагрузки, действующей на отдельном участке балки (23.7, б) или по всей ее длине (23.7, в), сосредоточенных моментов (23.7, г).

Расчет балок начинают с определения опорных реакций, для чего составляют три уравнения равновесия-21 = 0; 2У = 0; 2М = 0.

Балка находится в равновесии, если сумма проекций всех сил (включая реакции опор) на осях X и Y равна нулю и сумма моментов всех сил относительно любой точки балки равна нулю. Если силы, изгибающие балку, перпендикулярны ее оси, то для определения реакций опор используют только два уравнения равновесия:

Пример 1. Балка АВ свободно лежит на двух опорах и нагружена сосредоточенной силой Р (23.8, а). Поскольку сила Р действует вертикально вниз, то реакции опор А и В направлены вертикально вверх и определяются из двух уравнений равновесия: 2Мд = 0 Ра—В1 = = 0; 2}' = 0, А-Р + В = 0.

Из первого уравнения находим В = Ра/1. Подставив значение В во второе уравнение находим A=P-(Pa/l)=P[(l-a)/l] = Pb/l.

Если на балку действует сложная нагрузка или несколько различных нагрузок, то для определения наиболее опасных сечений (т. е. таких, в которых появляются наибольшие напряжения) необходимо знать изменение моментов и поперечных сил по длине всей балки. Для большей наглядности строят графики изменения поперечных сил и моментов по длине балки, называемые эпюрами поперечных сил и изгибающих моментов.

Для определения воздействия на балку сложной нагрузки или нескольких различных нагрузок удобно построить сначала эпюры от каждой нагрузки в отдельности (сложная нагрузка разделяется на ряд простейших), а затем сложением ординат составляющих эпюр получить окончательные эпюры от полной нагрузки.

Эпюра поперечных сил (23.8, б) и изгибающих моментов (23.8, а) имеет два участка; первый — от левой опоры Л до сечения С, где приложена сила Р\ второй — от сечения С до правой опоры В.

Во всех сечениях первого участка, лежащих левее сечения С, действует сила, равная реакции левой опоры А = РЬ/1 и направленная вверх, т. е. на первом участке поперечная сила постоянна. Для построения эпюры откладывают от точки Л вверх отрезок А А' (в масштабе, соответствующем величине силы в опоре Л) и проводят горизонтальную линию А'С до конца первого участка. В сечении С, где приложена сила Р, поперечная сила делает скачок вниз (из точки Ci в точку С) на величину этой силы. Поэтому на втором участке поперечная сила равна реакции правой опоры В = Ра/1, для построения эпюры проводят горизонтальную линию С\В,.

Зная усилия, действующие на балку при изгибе, можно определить напряжения, возникающие в ее наиболее нагруженных сечениях Под действием нагрузки балка прогибается таким образом, что ее нижние продольные волокна удлиняются (растягиваются), а верхние-укорачиваются (сжимаются). Отсюда следует'что существует и такой слой волокон, называемый нейтральным,   который  не меняет своей длины.

23.4. Расчет бруса при кручении

Под   действием   моментов   (или   пар сил), действующих в плоскостях, перпендикулярных оси бруса, навстречу друг другу продольные волокна бруса деформируются (искривляются) по винтовой линии В   общем  случае  на   брус  действуют несколько крутящих моментов, приложенных в различных сечениях по его длине и взаимно уравновешенных. Крутящий момент, действующий в каком-либо сечении на одну часть бруса, равен по величине и противоположен по направлению крутящему моменту, действующему в том  же сечении на другую его часть. Условно считают   крутящий   момент   положительным если он направлен по ходу часовой стрелки при взгляде от сечения к любому торцу бруса. Если к брусу приложено несколько крутящих   моментов,   то   величина   этого момента  постоянна  в  пределах  каждого участка между смежными крутящими моментами и меняется скачкообразно в сечениях, где эти моменты приложены.

23.5. Механические свойства металлов и методы их определения

К механическим относят прочность, твердость, ударную вязкость и другие свойства материалов. Прочность-способность материалов сопротивляться действию внешних сил, выдерживать их, не разрушаясь. Упругость — способность материалов возвращаться в первоначальное состояние по прекращению действия силы, вызвавшей изменение их положения, формы и объема. Пластичность— способность материалов дефор-

мироваться (изменять форму и объем) под

действием внешних сил, не разрушаясь,

изменять свою форму и размеры после

снятия сил, т. е. получать необратимую

деформацию. Твердость — способ

ность материалов сопротивляться проник

новению в него другого, более твердого

материала. Ударная вязкость-

способность материалов сопротивляться

динамическим          нагрузкам — ударам.

Ползучесть — способность материала медленно и непрерывно удлиняться от постоянных, приложенных к нему сил, особенно при работе в условиях повышенных и высоких тепловых режимов. Выносливость — способность материала выдерживать повторные или знакопеременные нагрузки.

Для определения прочности материала (в виде специально изготовленных образцов круглого или прямоугольного сечения определенных размеров) проводят испытания на растяжение и сжатие. При испытании на растяжение образец зажимают в захваты испытательной машины и нагружают вдоль оси возрастающей силой Р до разрыва образца.

До определенного значения силы Р образцы из стали равномерно удлиняются, утончаясь с ростом удлинения. Превышение определенного значения Р связано с появлением шейки, т. е. местного сужения образца. При дальнейшем росте Р растяжение концентрируется в зоне шейки, а сечение в середине шейки стремительно уменьшается, происходит разрыв образца. Силу Р растяжения, при которой происходит разрыв образца, называют разрушающей. Временное сопротивление, или предел прочности (в Па) поперечного сечения, <jB — P/F, где F — площадь поперечного сечения образца.

Для хрупких материалов (например, чугуна) сопротивление сжатию выше, чем сопротивление растяжению. Поэтому прочность таких материалов характеризуется силой Р сжатия, при которой происходит разрушение образца с площадью F сечения.

Предел <т„ прочности при изгибе определяют для хрупких металлов (главным образом для чугуна и закаленных сталей). Нагрузка может быть сосредоточенной, приложенной посередине пролета, или приложенной к двум точкам на равном расстоянии от опор с одинаковым усилием (чистый изгиб). Предел прочности при изгибе ст., =М„/№, где Ми — изгибающий момент   от   приложенной   нагрузки,   W момент сопротивления.

Твердость определяют вдавливанием в поверхность испытуемого металла стального шарика (метод Бринелля), алмазного конуса (метод Роквелла) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

По методу Бринелля шарик из твердой стали вдавливается с заданной и точно известной силой в плоскую поверхность металлического образца. В результате на образце остается отпечаток в виде шарового сегмента. Число твердости (НВ) определяют делением нагрузки на площадь отпечатка. Перед числом твердости, полученным по методу Бринелля, ставится символ 1 В  (например, НВ 240).

При измерении твердости алмазной пирамидой по Виккерсу наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды вдавливается в испытуемый образец (или изделие) под действием нагрузки, приложенной в интервале определенного времени. После удаления нагрузки производят

измерение диагонали отпечатка на поверхности образца. Число твердости (HV) определяют делением нагрузки на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка. Перед числом твердости, полученным по методу Виккерса, ставится символ HV (например, HV300). Метод Виккерса позволяет измерять твердость всех материалов, начиная с самых мягких и кончая самыми твердыми. Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов с твердостью до НВ 450 практически совпадают.

При измерении твердости по Роквеллу наконечник в виде алмазного конуса или стального шарика вдавливается под определенной нагрузкой в испытуемый образец (или изделие). За единицу твердости по Роквеллу условно принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Перед числом твердости, полученным по методу Роквелла, ставится символ HRC (например, HRC 35—40).

 

 «Токарная обработка»

 

Смотрите также:

 

Фрезерное дело

Основные сведения о фрезеровании. Понятие о процессе резания металлов

Понятие о геометрии резцов

Общие сведения об устройстве фрез

Элементы режимов резания при фрезеровании

Встречное и попутное фрезерование

Общие сведения об устройстве консольно-фрезерных станков, управлении и уходе за ними

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей при фрезеровании

Понятие об организации рабочего места и его обслуживании

 Фрезерование плоских поверхностей цилиндрическими, торцовыми, ротационными фрезами и набором фрез

Приспособления для установки и закрепления заготовок

Фрезерование плоскостей цилиндрическими фрезами

Фрезерование плоскостей торцовыми фрезами

Фрезерование плоскостей ротационными фрезами

Фрезерование плоскостей набором фрез

Измерительный инструмент

Виды брака и меры его предупреждения

 Фрезерование уступов и пазов. Отрезка и разрезка заготовок. Фрезерование пазов и шлицев

Фрезерование шпоночных пазов

Фрезерование фасонных канавок, Т-образных пазов и пазов типа «ласточкин хвост»

Отрезание и разрезание заготовок, прорезание пазов и шлицев

Виды брака и меры его предупреждения

 Фрезерование фасонных поверхностей на универсальных фрезерных станках

Фрезерование фасонных поверхностей замкнутого контура

Фрезерование фасонных поверхностей незамкнутого контура

Виды брака и меры его предупреждения

 Основы построения технологического процесса механической обработки деталей

Понятие о базах и их выборе

Технологическая документация

 Оформление маршрутной и операционной карт механической обработки

Принципы построения технологического процесса

Точность обработки при фрезеровании

Фрезерные станки

Классификация станков фрезерной группы

Консольно-фрезерные станки

Вертикально-фрезерные станки с крестовым столом (бесконсольные)

Продольно-фрезерные станки

Фрезерные станки непрерывного действия

Копировально-фрезерные станки

Шпоночно-фрезерные, торцефрезерные, зубофрезерные и резьбофрезерные станки

Испытание фрезерных станков

Эксплуатация станков

 Делительные головки

Делительные головки непосредственного и простого деления

Универсальные делительные головки

Оптические делительные головки

Многошпиндельные делительные головки

Принадлежности делительных головок для крепления заготовок

Фрезерные работы. Фрезерование прямых канавок и шлицев на цилиндрических поверхностях

Фрезерование пазов и шлицев на торцовых поверхностях

Фрезерование прямозубых цилиндрических и конических зубчатых колес

Фрезерование торцовых зубьев кулачковых муфт и режущего инструмента

Основы резания металлов

Новые конструкции фрез

Заточка и контроль фрез после заточки

Технологический процесс изготовления типовых деталей. Детали, обрабатываемые на фрезерных станках

Типы машиностроительных производств и характеристика их технологических признаков

Методы фрезерования

Универсальные и специальные приспособления

Пути повышения производительности труда

Многостаночное обслуживание

Сведения о механизации и автоматизации производства

Некоторые сведения о станках с числовым программным управлением (ЧПУ)

Системы программного управления

Станки с числовым программным управлением

Автоматизированные участки станков с ЧПУ

 

Слесарные работы

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

§ 1. Сущность процесса резания

§ 2. Общее понятие о резцах

§ 3. Понятие о режимах резания

ОСНОВНЫЕ СЛЕСАРНЫЕ ОПЕРАЦИИ

§ 4. Организация и охрана труда при выполнении слесарных операций

§ 5. Разметка

§ 6. Правка и гибка металлов

§ 7. Рубка металлов

§ 8. Резка металлов

§ 9. Опиливание металлов

§ 10. Сверление, зенкование, зенкерование и развертывание отверстий

§ 11.  Нарезание резьбы

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§ 12. Внутреннее строение и свойства металлов и сплавов

§ 13. Чугун

§ 14. Сталь

§ 15. Твердые сплавы и минералокерамические

§ 16.  Цветные металлы и их сплавы

 

Слесарно-инструментальные работы

Плоскостная и пространственная разметка

§ 1. Назначение и технические требования разметки

§ 2. Геометрические построения при выполнении разметки

§ 3. Инструмент, приспособления и приемы разметки

§ 4. Комбинированная разметка сложных сопряженных профилей

§ 5. Брак при разметке и меры его предупреждения

Обработка отверстий

§ 1. Приемы и виды сверлильных работ

§ 2. Оборудование, приспособления и приемы сверления

§ 3. Износ и поломка сверл

§ 4. Зенкерование, зенкование, цекование и развертывание отверстий

Нарезание резьбы

§ 1. Профиль и элементы резьбы

§ 2. Инструмент и способы нарезания внутренней резьбы

§ 3. Инструмент и способы нарезания наружных резьб

Координатно-расточные и фрезерные работы

§ 1. Оборудование и организация координатно-расточного и фрезерного участка

§ 2. Приспособления для координатно-расточных работ

§ 3. Контроль координатно-pacточных работ

§ 5. Приспособления для фрезерных работ

§ 7. Приспособления и приемы токарно-расточных работ

 Способы обработки деталей штампов

§ 1. Рабочее место слесаря-инструментальщика по штампам

§ 2. Приспособления  приемы обработки поверхностей деталей

§ 3. Станки и механизированный инструмент для обработки внутренних контуров деталей

§ 4. Способы установки и крепления пластмассой пуансонов штампов

§ 5. Вырубка наружных и внутренних контуров деталей

§ 6. Ручные и механизированные способы гибки и вальцевания профилей деталей

§ 7. Вытяжка и способы обработки деталей в вытяжных штампах

§ 8. Изготовление пружин

 Изготовление и обработка деталей пресс-форм и форм для литья

§ 1. Рабочее место слесаря-наладчика по пресс-формам и формам для литья

§ 2. Краткая классификация пресс-форм

§ 3. Технологический процесс обработки деталей пресс-форм

§ 4. Способы обработки рабочих частей пресс-форм  

§ 5. Оборудование и приспособления для холодного выдавливания полостей матриц

§ 6. Выдавливание простого рельефа в полостях матриц пресс-форм

§ 7. Сущность деформирования и режимы выдавливания матриц

§ 8. Выдавливание полостей матриц сложного сопряженного профиля

§ 9. Приспособления и инструмент для доводочно-полировальных работ

 

Металл

Свойства металлов

Железо и сталь

Цветные металлы

Формы металлических заготовок

Основное оборудование для мастерской

Пилы

Резание

Зубила

Сверление

Обработка напильником

Резьбовые соединения

Пайка

Гибка и фальцевание

Холодная ковка, разгонка, правка, выпрямление

Обработка наружной поверхности

Коррозия

Затачивание инструментов

Формующая металлообрабатывающая техника

Смазочные средства


Работа с металлами

Правка и гнутье металла

Рубка металла

Резание металла

Опиловка металла

Сверление отверстий в металле

Нарезание резьбы

Соединение металлических деталей

 

Обработка металла 

 

История науки и техники