книги / Обработка резанием с вибрациями книга

машиноподелочных и малолегированных сталей С=* —50±2°.

Из анализа формулы (3.35) видно, что если для резания с осевыми низкочастотными вибрациями при-" нить коэффициент трения постоянным, т .. е. p,j= =tgp=const, то изменение рабочего переднего угла будет приводить к такому же по величине изменению угла сдвига Рь при этом увеличение рабочего перед­ него угла у будет приводить к росту угла сдвига 0|.

Правильность формулы (3.20) применительно к то­ чению с низкочастотными осевыми вибрациями прове­ рялась экспериментально [39].

При резании с вибрациями применялась методика экспериментальных исследований процесса стружкообразования, аналогичная принятой сейчас для изучения обычного процесса резания; отличительные ее особен­ ности — проведение всех исследований в сравнении с обычным резанием. Для этого обычное резание и реза­

ние с вибрациями проводилось в одинаковых условиях; отличие заключалось лишь в том, что колебания виб­ росуппорта выключались (обычное резание) и включа­ лись (резание на заданном режиме вибраций).

Экспериментальные исследования зоны стружкообразования проводили методом металлографического анализа шлифов на операциях точения. Для мгновен­ ного фиксирования протекающего процесса резания использовали приспособление конструкции T. Н. Лоладзе с некоторыми изменениями. Оно работает на принципе ударной остановки вращающихся деталей путем срезания штырей, передающих вращение от шпинделя на заготовку. Приспособление позволяло од­ новременно прекращать вращение обрабатываемой де­ тали в виде кольца и выключать непосредственно свя­ занную с вращением подачу, при этом обрабатываемое кольцо при ударе о специальный поршень отталкива­ лось в обратную сторону. Продолжающиеся колебания, сопровождающие процесс резания, не изменяли состоя­ ния фиксируемой зоны стружкообразования, так как она при обратном отскоке удалялась от резца.

На каждом шлифе фотографировалось три точки; первая зона— у вершины резца, вторая — на опреде­ ленном удалении от вершины в зоне соприкосновения стружки с передней поверхностью, третья'— внутри

13,5°, равняется ДрЛ=3,5° и достаточно хорошо совпа­ дает с экспериментально полученными (табл. 10).

Таблица 10

Изменение параметров процесса стружиообраэовянкя при точении с низкочастотными вибрациями

Заготовка: материал—сталь 45, il=60 мм, /=450 мм. Резец Т15К6,

лов сдвига р„ и угла %, определяющего направление

текстуры в стружке (см. рис. 32).

Добиться точной фиксации моментов снятия шлифа относительно фазы колебаний не удалось. Поэтому пре­ делы колебаний условных параметров, определяющих зону стружкообразования, были получены на большом количестве шлифов; обработка результатов испытаний

граница, определяющая зону стружкообразования при обычном точении и точении с осевыми низкочастотными вибрациями, примерно одна н та же. Микрофотографии шлифов в 3-й точке, близкой к начальной границе

стружкообразования, также показывают, что материал в этой зоне получает одинаковую степень деформации. Об этом же свидетельствуют результаты измерения микротвердости в зоне стружкообразования.

Все это свидетельствует о примерно одинаковых ус­ ловиях стружкообразования, получающихся в сравни­ ваемых процессах резания. В обоих случаях иногда об­ разуются опережающие трещины и нарост первого ро­ да. Образование нароста заметных размеров второго рода при точении с осевыми вибрациями невозможно из-за прерывистого процесса резания.

На основании изложенного можно сделать вывод, что резание с низкочастотными осевыми вибрациями по физическому существу подобно обычному резанию; периодическое перемещение инструмента вызывает при этом и некоторые особенности процесса, связанные с заменой непрерывного процесса резания прерывистым. Так, из табл. 10 видно, что при точении с низкочастот­ ными осевыми вибрациями стали с хорошей теплопро­ водностью (сталь 45) степень воздействия вибраций мала, при средних скоростях резания (47,2 м/мин) они приводят к увеличению угла сдвига на 2°, сохраняя угол % неизменным. Повышение скорости резания вдвое (94,4 м/ман) несколько увеличивает положительное воз­

действие вибраций на процесс стружкообразования.

Угол сдвига (3i увеличивается tea 56, на 2* уменьшается угол %. Последнее свидетельствует о снижении степени

деформации зерен при превращении материала срезае­ мого слоя в стружку. Деформации зерен обрабатывае­ мого материала непосредственно в прирезцовом слое хорошо видны из сравнения микрошлифов, снятых во 2-й точке — на границе передней поверхности, со струж­

кой при обычном резании и резании с вибрациями. На •них видно уменьшение деформации зерен в прирезцо­ вом слое при точении с вибрациями относительно обычного резания. Очевидно это происходит в момент врезания, когда получаются большие скорости резания. Например, на других шлифах (при отходе) такое сни­ жение деформаций зерен в прирезцовом слое не на­ блюдается. Подобные же зависимости видны при рас­ смотрении толщины продольно-текстурованного слоя. Полученные положительные изменения объясняются прежде всего изменением характера резания с непре­ рывного на прерывистый и явлениями, связанными с косвенным влиянием вибраций на процесс резания.

О соотношении деформаций сдвига и сжатия при точении с низкочастотными осевыми вибрациями мож­ но судить по направлению текстуры стружки на ти­ повых микрошлифах (см. рис. 32). Если в зоне струж­ кообразования преобладали бы деформации сжатия, то оси главных деформаций и напряжений совпадали бы, при этом большая ось эллипса деформаций была бы примерно перпендикулярна вектору действующей силы. Однако из приведенных михрошлифов стружек видно, что угол между вектором силы /? и направлеем текстуры стружки близок к 45°. Следовательно, схема деформирования в зоне стружкообразования приближается к схеме сдвига. Это также подтверждает правильность принятых выше исходных теоретических, положений для рассмотрения схемы стружкообразова­ ния при резании с низкочастотными вибрациями.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ С ВИБРАЦИЯМИ

Основные особенности процесса стружкообразования при резании с низкочастотными осевыми вибрациями определяются изменением рабочих углов и периодиче­ ским изменением наружного профиля срезаемого слоя.

При срезании слоя с уменьшающейся толщиной будет происходить, как было показано выше, уменьшение угла сдвига Рь т. е. рост усадки стружки и, как следствие этого, увеличение поверхности (^,6), по которой будет

происходить сдвиг. При этом возрастает и степень де­ формации металла, что приводит, учитывая упрочнение, к повышению сопротивления деформации. Увеличение поверхности сдвига в совокупности с повышением на­ пряжения увеличит силу /?с. Обратные явления будут» происходить при срезании слоя с увеличивающейся толщиной.

Учитывая изложенное, кинематику процесса резания с вибрациями следует проектировать таким образом, чтобы срезание слоя с уменьшающейся толщиной среза происходило при меньших толщинах среза, а с возра­ стающей — при больших. Это имеет место в первую очередь при i<0,5 (см. рис. 2 и табл. 1). Эксперимен­ тальное подтверждение этого вывода получено при от­ работке режимов вибраций для освоения установок для вибрационного точения и сверления (см. гл. VI—VII), где колебания задаются извне — вибраторами. При возникновении вибраций, обусловленных процессом ре­ зания, такое регулирование процесса осуществить не удается, вследствие этого процесс регулируется сам та­ ким образом, что длина участка врезания вследствие меньших действующих сил становится меньше, чем уча­ стка, где происходит отход инструмента.

Резание по следу предыдущего вибрационного про- - хода сопровождается, кроме периодически повторяю­ щихся процессов срезания слоя с увеличивающейся и уменьшающейся толщиной, также и переходными яв­ лениями. Они связаны с удалением металла в зонах сопряжения этих слоев, т. е. в зонах вершины и впади­ ны. Рассмотрим последнее явление в упрощенном виде, принимая схему с единственной плоскостью сдвига. Процесс стружкообразования при срезании вершины характеризуется изменением положения плоскости сдвига, приводящим к уменьшению угла сдвига (рис. 33); изменение угла сдвига происходит мгновен­ но), в результате чего объем материала срезаемого слоя A"QÂr не претерпевает пластической деформации

и переходит в стружку недеформированным. Следова­ тельно, при срезании вершины облегчается процесс

стружкообразовання. Процесс стружкообразования при срезании впадины также происходит с изменением положения плоскости сдвига; однако при этом наблю­ дается увеличение угла сдвига (см. рис. 33) и пло­ скость сдвига за время движения инструмента на уча­ стке О'О" непрерывно проходит через одну и ту же точку А'; за счет этого на внешней стороне стружки

образуется уступ. Такой процесс стружкообразования происходит затрудненно. Это объясняется прежде всего возрастанием в процессе деформации удельного веса деформаций сжатия материала срезаемого слоя. Как известно, в условиях повышенного гидростатического сжатия происходит значительное повышение пластич­ ности материала; последнее ведет к повышенным уси­ лиям и работе стружкообразования.

Примем схему процесса резания, близкую к реаль­ ной, когда процесс превращения материала срезаемого слоя в стружку происходит в некоторой зоне толщиной е. В этом случае при срезании горба материал срезае­ мого слоя, расположенный в зоне А"ОА\ претерпевает

значительно меньшее упрочнение. Процесс пластическо­ го деформирования здесь будет протекать с меньшим

щие— меньше, чем при обычном резании:

Напротив, процесс пластического деформирования при срезании впадины будет затруднен. Это обуслов­ лено меньшими сдвигающими напряжениями при боль­ ших сжимающих, так как ft<CP?; при этом удельный

вес деформаций сжатия в общей работе пластической деформации увеличивается. Повышению сопротивления движению резания здесь будут также способствовать затрудненные условия стружкообразования; при доста­ точно большом угле v схема действующих напряжений может достигать предельного состояния. В этом случае будет происходить разрушение, т. е. дробление, стружки на отдельные элементы.

Рассмотрим изменение условий стружкообразования при срезании слоя с синусоидальным профилем наруж­ ной поверхности. Примем для наглядности анализа условия резания, когда ( « + » ) — целое число, т. е. тол­ щина срезаемого слоя постоянна. Как видно из рис. 34, в этом случае угол v является переменной величиной.

принять закон колебаний х=А cos tat, то уравнение

резания в принятых размерностях (о — м/мин, Ах— мм, f — гц) будет

Следовательно, в процессе резания с вибрациями угол сдвига Pi = Pf (см. рис. 34) является переменной величиной; колебание его значений по сравнению с обычным резанием |pf обусловлено изменениями угла v (кривая рр и переднего угла (кривая рр. При осуще­

ствлении реального процесса резания угол сдвига за­ висит от ряда других факторов,^помимо приведенных в формулах (3.13, 3.20). Поэтому для практических целей удобно иметь формулу для определения угла сдвига при резании с вибрациями, исходя из его значения для обычного резания при прочих одинаковых параметрах*.

углов сдвинуто по фазе на — относительно вибрацион-

ного движения, т. е.

Изменение угла сдвига, обусловленное профилем наружной поверхности срезаемого слоя, также сдвинуто по фазе относительно вибрационного движения:

V= Av sin (со/— 2m),

где

инструмента, формирующих данный срезаемый элемент, и длиной зоны опережающих деформаций: ip =i-Hd Если срезаемый слой определяется следами двух

смежных проходов, а /«л много меньше — , что имеет место при низкочастотных вибрациях, то для однорез­

tp— сдвиг между вибрационным движением реза­ ния на данном проходе и изменением угла сдвига.