Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Теоретическая часть.

3. Экспериментальная часть включает:

3.1. Схему точения.

3.2. Результаты опытов в виде таблицы 3.1

3.3. Все расчеты, связанные с определением коэффициентов усадки стружки выполняются в отчёте и заносятся в таблицу 3.1.

3.4. Графические зависимости коэффициента усадки стружки от исследуемых факторов выполняются в едином масштабе.

4. Выводы по результатам исследования.

4.1. Анализ графиков на соответствие их известным научным методам.

Лабораторная работа № 4 Исследование влияния режимов обработки при точении на температуру в зоне резания

Цель работы:

• Закрепить теоретический материал соответствующего раздела курса «Резание материалов и режущий инструмент»;

• Изучить методы измерения температур в зоне резания;

• Приобрести практические навыки определения температуры в зоне резания методом искусственной термопары;

• Экспериментально установить влияние режимов резания на величину температуры в зоне резания;

• На основе графо-аналитического метода получить эмпирическую зависимость влияния режимов резания на температуру.

Общие сведения

Теплота, образуемая в зоне резания, один из основных факторов, влияющих на процесс обработки и качество обработанных поверхностей.

Тепловые процессы в зоне резания оказывают влияние на стойкость инструмента и свойства поверхностного слоя обрабатываемой заготовки.

Источником возникновения теплоты при резании материалов являются: работа, затрачиваемая на упругие и пластические деформации в срезаемом слое и в поверхностных слоях заготовки; работа, затрачиваемая на преодоление трения по передней и задней поверхностям инструмента. Следовательно, работа, затрачиваемая на процесс резания может быть определена по формуле:

(4.1)

Тогда, работа резания за секунду составит:

(4.2)

где Р_i - сила резания, Н; V – скорость резания, м/с .

Учитывая, что 95,5 % механической энергии переходит в теплоту, количество тепла, выделяющееся при обработке резанием за секунду равно:

(4.3)

Незначительная часть работы переходит в потенциальную энергию искажения кристаллической решётки деформированных зёрен сплава.

Поэтому формула (4.2) примет вид:

(4.4)

где К₁-коэффициент, учитывающий указанные потери. Обычно этими потерями пренебрегают.

Образовавшаяся в процессе резания теплота уносится стружкой, распространяется в заготовку, резец и окружающую среду [2].

(4.5)

где -соответственно теплота, выделяющаяся в результате работы упругой, пластической деформации и трения стружки о переднюю поверхность резца и задней кромки резца о заготовку;

-соответственно теплота, распределяющаяся в стружку, заготовку, инструмент и окружающую среду.

Исследованиями установлено, что и составляет 55 %; - 35 %; -10 %. При скоростях резания от 30-40 м/мин составляет 60-70 %; -30-40 %, -3 % -0,5 %. При увеличении скорости резания большая часть тепла уходит со стружкой. При V = 400-500 м/мин составляет 90-92 %, а -1 %. Тепло в объёме инструмента, стружки и детали распределяется неравномерно. При этом температурные деформации заготовки и инструмента снижают точность обработки. Поэтому важно знать, какие возникают температуры при разных условиях резания и каков характер их распределения при изменении условий обработки.

На температуру резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение баланса теплоты. Поэтому в процессе экспериментального исследования температур резания можно найти эмпирические расчётные зависимости вида:

(4.6)

где -скорость резания; a-толщина срезаемого слоя; b – ширина срезаемого слоя; -коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала; -коэффициент учитывающий свойства инструментального материала; -геометрические параметры инструмента; -износ инструмента;- коэффициент, учитывающий условия охлаждения.

Однако влияние этих факторов на температуру резания неоднозначно. Экспериментально установлено, что с увеличением скорости резания и размеров срезаемого слоя температура резания возрастает. Эта зависимость может быть выражена эмпирическим уравнением:

(4.7)

где С_θ - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов геометрических параметров и СОЖ, -показатели степени.

Выражая физические размеры срезаемого слоя через глубину резания (t) и подачу (S), выражение (4.7) примет вид:

(4.8)

Формула (4.8) является общей, учитывающей одновременно влияние всех трёх элементов режима резания (V, t, S).

Частными формулами, определяющими зависимость температуры резания от каждого элемента процесса резания, являются:

(4.9)

Степенные уравнения (4.9) как и построенные по ним графики, представляющие кривые, сложны для анализа и не сопоставляются между собой. Поэтому используют графоаналитический метод, по которому уравнения (4.9) логарифмируют, по соответствующим осям откладывают не аргумент и функцию, а их логарифмы. После логарифмирования уравнения (4.9) имеют вид:

(4.10)

а построенные графики будут представлять собой линии (вида ), расположенные под углами к оси абсцисс с начальными параметрами … (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1. График функций

Показатели степеней представляют собой тангенсы углов наклона, построенные по экспериментальным данным графиков. Они могут быть определены как отношение произвольного элементарного приращения функции () к соответствующему приращению аргумента()

(4.11)

Величины начальных параметров определяются из уравнения (4.9) для каждого случая по опытным данным аргумента и функции (после построения графиков и нахождения показателей степени), например:

(4.12)