Учебное пособие 800579
.pdfось x – линия центров станка,
ось y – линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось z – линия, перпендикулярная к плоскости (x – y).
R – равнодействующая сил, действующих на резец, Рz – вертикальная составляющая силы резания,
Рy – радиальная составляющая силы резания, PX – осевая составляющая силы резания.
Рис. 1.10. Разложение силы резания на составляющие
По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости (x – z), изгибающий момент на стержень резца. По силе Pz ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.
По силе Рy определяют упругое отжатие резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскости x – y.
По силе Px рассчитывают механизмы подач станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.
Силы Pz, Рy и PX определяют по эмпирическим формулам:
= ∙ ∙ ∙ ∙ ,
где – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала,
t, S и V – глубина, подача и скорость резания,
20
– поправочный коэффициент, учитывающий факторы, отличающиеся от эталонных.
, , , и приведены в справочнике.
4) Наростообразование
Нарост – слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (рис. 1.11). Нарост обладает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.
Рис. 1.11. Наростообразование при точении
Нарост играет двоякую роль в процессе резания. Преимущества нароста:
-увеличивает передний угол (+ ), что приводит к уменьшению силы резания;
-способен сам резать исходный материал;
-удаляет центр давления стружки от режущей кромки, что уменьшает износ режущего инструмента;
-улучшает отвод тепла от инструмента.
Недостатки нароста:
-нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности, периодически срываясь с инструмента и внедряясь в обработанную поверхность;
21
-частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;
- ввиду изменения |
угла |
изменяется величина силы |
|
резания, а это приводит к вибрациям станка и |
|||
инструмента, |
что |
ухудшает качество обработанной |
|
поверхности. |
|
|
|
Нарост является положительным явлением при черновых операциях и отрицательным при чистовых.
Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.
5) Наклеп (упрочнение)
Упрочнение (наклеп) – увеличение твердости и прочности поверхностного слоя, в результате искажения кристаллической решетки зерен под действием упругой и пластической деформаций металла.
В реальных условиях режущая кромка инструмента всегда имеет радиус закругления (ρ) (рис. 1.12). Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.
Рис. 1.12. Схема образования поверхностного слоя и наклепа:
Н – ширина контактной площадки, hy – толщина упрочненного слоя
22
Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя ( ) и степенью наклепа ( ):
=П,
П– микротвердость поверхностного слоя,
–микротвердость исходного материала. Пластичные материалы подвергаются большему
упрочнению, чем хрупкие или твердые.
В целях получения повышенной поверхностной прочности и остаточных напряжений сжатия, наклеп является явлением положительным. Однако, наклеп, полученный при черновых операциях, при дальнейшей чистовой обработке интенсивнее изнашивает инструмент. Это отрицательное явление наклепа.
6) Тепловыделения в зоне резания
Работа, затрачиваемая на упругопластическое деформирование обрабатываемого материала, трение стружки о режущий инструмент, трение инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки, превращается в тепловую энергию.
Общее количество теплоты, выделившееся в процессе
резания в минуту составляет: |
(Дж/мин). |
||
Тепловой баланс процесса=резания∙ |
можно записать (см. |
||
рис. 1.13): |
|
|
|
где= упд–+ тп + тз = + |
+ |
+ |
, |
|
|
|
упд |
тепло выделившееся при упругопластическом |
деформировании обрабатываемого материала, |
|||
тп |
– тепло от трения стружки о переднюю поверхность |
||
инструмента, |
|
||
тз |
|
– тепло от трения задней поверхности инструмента о |
|
заготовку, |
|
||
|
– тепло, отводимое стружкой (30…80% от ), |
||
|
– тепло, отводимое заготовкой (10…50%), |
23
–тепло, отводимое режущим инструментом (2…8%),
–тепло, переходящее в окружающую среду (около
1%).
Рис. 1.13. Источники образования и распределения теплоты резания
Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:
-нагрев инструмента снижает его твердость и приводит к ускорению износа;
-нагрев инструмента изменяет его размеры, что приводит к ухудшению точности размеров и формы обработанных поверхностей;
-нагрев заготовки вызывает изменение размеров и формы деталей;
-температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество
обработки.
Для снижения влияния теплоты на процесс резания используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и смазочно-охлаждающие вещества (СОВ).
Различают следующие СОЖ:
водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, мыльные растворы;
-минеральные, животные и растительные масла;
24
-минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфо-фрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине;
-масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).
СОВ тоже могут быть различные: |
|
|
- газы и газообразные вещества: |
, |
, ; |
-пары поверхностно-активных веществ;
-распыленные жидкости (туман) и пены;
-твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума;
-мыльные порошки.
Чаще всего при обработке резанием применяют СОЖ, особенно водные эмульсии с добавками ингибиторов (антикоррозионных добавок). Кроме этого, существенную роль в охлаждении имеет способ подачи СОЖ в зону резания.
7) Трение, износ и стойкость инструмента
Трение между инструментом, стружкой и заготовкой вызывает износ режущего инструмента.
Износ режущего клина может происходить:
-по задней поверхности,
-по передней поверхности,
-по задней и передней поверхностям одновременно.
Износ по задней поверхности является определяющим.
Характер изнашивания (вид износа) может быть различным.
Виды износа:
-абразивно-механический – разрушение (царапанье) слоев инструмента твердыми частицами обрабатываемого материала при трении;
-адгезионный – схватывание микрочастиц материалов инструмента и заготовки при высоких температурах;
25
-диффузионный – взаимное растворение химических элементов материалов инструмента и заготовки,
особенно при повышенных температурах ( > 800° );
-окислительный – образование малопрочных окислов при нагреве инструмента в среде кислорода воздуха, которые легко изнашиваются стружкой и заготовкой;
-усталостный – в результате периодической нагрузки на
режущую кромку при резании поверхности с большими микронеровностями.
При реальном изнашивании в конкретных условиях резания могут быть различные комбинации перечисленных видов износа.
При достижении определенного значения допустимого износа по задней поверхности - з, который называется критерием износа, инструмент подвергается заточке.
Период работы инструмента между переточками называется стойкостью – « », которая измеряется в минутах.
Суммарный период службы инструмента:
=∙
где – число переточек инструмента до полной амортизации режущей части.
Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материалов инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента, условий обработки.
Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания, в соответствии с зависимостью:
= |
|
, полученной из = |
|
= |
|
, |
|
|
|
где – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала,
– показатель относительной стойкости.
26
8) Вибрации при резании металлов
При определенных условиях обработки заготовок на станках возникают периодические колебательные движения – вибрации, при которых процесс резания теряет устойчивость, резко снижается качество обработанной поверхности: появляется волнистость, возрастает шероховатость. При вибрациях возникает шум, который утомляет станочников.
Различают вибрации – вынужденные и автоколебания. Вынужденные колебания (вибрации) возникают под дей-
ствием внешних периодических возмущающих сил. Их можно легко устранить, уменьшив величину возмущающих сил, повысив жесткость узлов станка.
Автоколебания характеризуются тем, что силы, вызывающие колебания, возникают в процессе резания. Уменьшить автоколебания можно правильным выбором режима резания, инструмента с определенной геометрией, правильной установкой инструмента и заготовки на станке, применением виброгасителей и т.п.
7. Точность и качество обработанной поверхности
Надежность машин во многом зависит от точности обработки деталей, качества обработанной поверхности и точности сборки.
Точность обработки зависит от точности размеров, формы и расположения поверхностей.
Точность размеров, расположения и формы определяются соответствием обработанных поверхностей, т. е. их значениям, заданным в рабочем чертеже. Предельные отклонения размера, формы и расположения устанавливаются государственными стандартами и указываются на чертежах или в технических требованиях на изготовление детали.
27
Качество обработанной поверхности и поверхностного слоя, характеризуется геометрическими и физико-механиче- скими показателями.
Геометрические показатели:
-шероховатость или микронеровности поверхности,
-волнистость.
Физико-механические показатели:
-остаточные напряжения (знак и величина),
-структура материала,
-наклеп (глубина и степень) и др.
8. Производительность и выбор режима резания
Производительность обработки «G» определяют числом деталей, изготовляемых в единицу времени:
=, (шт/мин),
шт
шт – время обработки, складывается из основного ( о), подготовительно-заключительного ( пз), вспомогательного ( в) и времени на оргтехобслуживание ( то), то есть:
шт = о + пз + в + то, мин.
Основное (технологическое) время ( о) затрачивается непосредственно на процесс изменения формы размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.
Формулы для определения о в зависимости от технологического метода обработки приведены в справочной литературе.
Порядок назначения и выбора элементов режима резания
1) Назначают глубину резания.
Глубина резания ( ).назначается исходя из жесткости технологической системы СПИД (станок – приспособление –
28
инструмент – деталь), величины припуска и стадии обработки, используя справочные данные.
Если весь припуск ( ) снимается за один рабочий ход, то глубина резания принимается равной величине припуска, т.е. ( = ). Величина припуска на обработку ( ) определяется поразному, исходя из условий и метода обработки, размеров и формы заготовки и детали.
Например, для наружного точения определяется по фор-
муле: |
= 0,5∙( |
з + |
) |
, |
|
|
|
|
|
||
где |
– диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, |
||||
|
– диаметрз |
обработанной поверхности детали. |
Если обработка поверхности разделяется на черновую и чистовую стадии, то сначала необходимо назначить глубину резания на чистовой рабочий ход: чист = (0,2…0,25) , а оставшуюся часть припуска оставить на черновой рабочий ход,
т.е.: черн = − чист.
Если черновая обработка выполняется в несколько рабочих ходов, то следует назначить величину чист, а остальную часть припуска ( ) разделить на число рабочих ходов ( ):
черн = ( − чист)⁄ .
2)Наибольшую допустимую величину подачи ( ) выби-
рают по справочным данным с учетом требований точности и шероховатости поверхности, обработанной в соответствии со стадией обработки (черновая или чистовая), а также мощности станка, режущих свойств материала инструмента, жесткости и точности технологической системы СПИД.
3)Определяют скорость резания ( ) по эмпирической зависимости, исходя из выбранных: глубины резания ( ), подачи (S) и стойкости режущего инструмента ( ).
Например при точении: = |
∙ |
∙ |
минм |
, |
где – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вид работы, толщины среза и материала лезвия резца;
29