Экзамен ФООР. 1 Развитие науки о резании металлов
 Скачать 22.85 Kb.
|
|
1)Развитие науки о резании металлов Первые экспериментальные исследования процесса резания металлов проведены во Франции. В 1848—1849 годах капитан французской артиллерии Кокилья проделал опыты по сверлению отверстий в орудийных стволах. Подача сверла осуществлялась с помощью груза. В опытах определялась работа, затрачиваемая на сверление. В 1851 году Коквилхэт исследовал работу, необходимую для сверления отверстий в железе, бронзе, камне и других материалах. В 1862 году опыты Кокилья повторил капитан французской артиллерии Кларинваль на отличающихся по своим свойствам обрабатываемых материалах: чугуне, стали и бронзе. В 1864 году французский исследователь Джоссель сделал сообщение о влиянии геометрии резца на силу резания. В конце 70-х годов 19-ого века интенсивно развиваются науки о строении и свойствах металлов. Так, в 1968 году Д.К.Чернов исследует строение металлов и закладывает основы металлургии, в том же году французский академик Треска публикует первые работы по пластической деформации металлов. В 1780 году наш соотечественник Иван Августович Тиме (1838-1920), профессор Петербургского Горного Института, публикует труд «Сопротивление металлов и дерева резанию», в котором он «… впервые рассмотрел процесс деформации металла при стружкообразовании». Этот труд и считается началом науки о резании металлов, а его автор, Иван Августович Тиме — ее основоположником. В результате работ Комиссии были прочно заложены основы Советской школы резания металлов. Впервые в мировой практике созданы нормативносправочные материалы по резанию металлов. В период Великой Отечественной Войны проведены широкие исследования, направленные на определение режимов резания максимальной производительности. Послевоенный период характеризуется глубокими исследованиями накопившихся за время войны узких вопросов по теории резания металлов. Наряду с теоретическими исследованиями в послевоенный период решаются и новые практические задачи. В этот период осваивается производство новых мощных турбин, атомных реакторов, реактивных двигателей. Детали этих устройств, работающие в условиях действия высоких температур и давлений, изготавливаются из специальных жаропрочных, нержавеющих, эрозионно-стойких и тугоплавких материалов и сплавов, которые трудно поддаются механической обработке. Работы послевоенного периода и были направлены на определение оптимальных условий обработки таких материалов. В 1947 году интенсивно внедряется скоростное резание твердосплавными инструментами. Современное состояние науки о резании металлов характеризуется глубокими исследованиями физико-химических явлений в зоне резания, исследуются процессы взаимодействия обрабатываемого материала и инструмента, новые инструментальные материалы, исследуется сверхскоростное резание. Повышение быстроходности и надежности машин потребовало повышения точности обработки и улучшения качества обработанной поверхности. В связи с этим расширились работы по исследованию размерной стойкости инструмента, большое число работ посвящено исследованию внутренних напряжений в поверхностном слое обрабатываемой детали и исследованию влияния различных технологических факторов на усталостную прочность обрабатываемых деталей. Необходимо отметить, что в настоящее время обнаруживается несоответствие возможностей металлургической промышленности и металлообработки. Металлургическая промышленность может поставлять нашей промышленности материалы высочайшей прочности, обрабатывать которые обработчики еще не научились и обработка их стоит непомерно дорого. И в этом направлении ведутся исследовательские работы. 2)Вибрации технологической системы В процессе резания в элементах технологической системы могут возникать колебания, называемые вибрациями. Технологическая система в общем случае представляет совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей, предназначенная для выполнения того или иного технологического процесса или операции. Обязательным условием получения высокой точности и низкой шероховатости обработанной поверхности является устойчивость движения при резании. Для этого система СПИЗ должна быть выиброустойчивой и не допускать существенных колебаний. Практика показала, что при различных условиях обработки могут появляться колебания детали, оборудования и инструмента различной частоты. Чаще всего деталь имеет низкочастотные колебания, а инструмент — высокочастотные. При возникновении вибраций снижается качество обработанной поверхности и период стойкости инструмента. В ходе работы станка возникает 4 вида колебаний: 1. Вынужденные колебания возникают вследствие наличия в системе внешней периодической силы, вызывающей колебательный процесс с частотой, равной частоте возмущающей силы. Причиной появления возмущающей силы могут быть силы, обусловленные процессом резания (прерывистость процесса резания, неравномерность припуска, оставленного на обработку), а также силы, возникающие технологической системы вне зоны резания (дисбаланс вращающихся частей станка, детали и инструмента, дефекты зубчатых и ременных передач станка, передача колебаний станку от других работающих поблизости станков и т. д.). Для устранения этих колебаний достаточно ликвидировать причины их возникновения. 2. Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, создающего эффект, аналогичный действию переменной силы. Обычно таким параметром является переменная жесткость узла или детали. Например, наличие шпоночной канавки на валу или переменная жесткость подшипников качения приводит к тому, что при вращении прогибы вала периодически изменяются, хотя внешняя сила постоянна. Параметрические колебания вследствие переменной жесткости по своему характеру близки к вынужденным. 3. Релаксационные (прерывистые) колебания возникают при медленных перемещениях узлов станочной системы. Релаксационные колебания, приводя к неустойчивому перемещению узлов, могут вызвать значительные динамические нагрузки на узлы станка и режущий инструмент, а также погрешности при обработке деталей. 4. Автоколебания (самовозбуждающиеся колебания) являются наиболее характерной формой колебаний. Они возникают при всех известных видах обработки. Любое случайное возмущение (толчок), каких много в реальной системе резания (это вход или выход режущих лезвий из контакта с деталью, неравномерность припуска, неоднородность свойств обрабатываемого материала, радиальное биение заготовки или инструмента и др.), приводит к возникновению собственных затухающих колебаний системы. Эти колебания всегда сопровождаются изменением среза (обычно только толщины среза а1) и скорости резания v или скорости скольжения стружки по передней поверхности инструмента. Изменение а и v вызывает соответствующее изменение силы резания и ее составляющих. В определенных условиях возникшие колебания могут перейти в незатухающие автоколебания. Энергию для их поддержания создает переменная сила резания. Вибрации нарастают до тех пор, пока не устанавливаются стабильные автоколебания с частотой, определяемой свойствами системы СПИД. На амплитуду колебаний оказывает влияние ряд факторов: 1) Увеличение толщины срезаемого слоя или подачи уменьшает амплитуду колебаний, а ширины срезаемого слоя или глубины резания — увеличивают ее 2) Влияние скорости резания на амплитуду колебаний имеет экстремальный характер. Максимальная амплитуда зависит от рода обрабатываемого материала и условий работы. 3) Интенсивность вибраций зависит от переднего угла инструмента. При отрицательных его значениях амплитуда колебаний резко возрастает. Чем меньше , тем больше зона скоростей, при которых возникают вибрации. 4) Уменьшение заднего угла инструмента до 3° и ниже приводит к снижению амплитуды колебаний, а если он больше 8... 10°, то на интенсивность колебаний он не оказывает существенного влияния. 5) С изменением угла изменяется толщина и ширина срезаемого слоя, и в соответствии с этим — амплитуда колебаний. С увеличением амплитуда колебаний уменьшается, поскольку при этом уменьшается b1 и увеличивается а1 6) Частота автоколебаний не зависит ни от угла в плане, ни от толщины среза. Серьезной проблемой является борьба с вибрациями при резании. Для устранения их необходимо: 1) повышать виброустойчивость и динамические характеристики металлорежущих станков и их узлов. Проблема ликвидации вибраций, становится особенно важной при проектировании приводов главного движения и движения подачи станков с ЧПУ. Это вызвано спецификой такого рода оборудования, где управляющий сигнал должен обеспечивать крайне малое перемещение исполнительного механизма. Чувствительность к сигналу в настоящее время приближается к 1 мкм и менее. Возникновение колебаний, особенно релаксационных, нарушает взаимодействие управляющего и исполнительного элементов, что нарушает структурный принцип ЧПУ и является недопустимым; 2) разрабатывать применительно к конкретным технологическим операциям специальные виброгасящие устройства различных принципов действия — ударного, фрикционного, гидравлического и др. Применение виброгасителей существенно снижает интенсивность автоколебаний при точении, растачивании, развертывании, фрезеровании; 3) разрабатывать виброустойчивые конструкции режущего и вспомогательного инструментов и оснастки, выбирать виброустойчивые диапазоны режимов резания. Эти работы приобретают особое значение в связи с возрастающим использованием многооперационных станков с ЧПУ и гибких производственных модулей; 4) исследовать и разрабатывать методы и средства управления уровнем интенсивности автоколебаний в целях повышения периода стойкости инструмента, производительности и качества обработки; 5) контролировать техническое состояние оборудования. 3)Тепловые явления в процессе резания Технологическая система может функционировать только при подводе к ней энергии. В процессе выполнения операций энергия полностью или частично преобразуется из одного вида в другой, например, механическая – в тепловую. При этом источники тепловой энергии по отношению к тому или иному компоненту системы или подсистемы могут быть внешними или внутренними. Чтобы управлять тепловыми процессами, необходимо знать, каким образом и по каким закономерностям происходит теплообмен в технологической системе. В процессе резания тепловые явления играют важную роль. Именно они определяют температуру в зоне резания, которая оказывает прямое влияние на характер образования стружки, нарост, усадку стружки, силы резания и микроструктуру поверхностного слоя. Еще более существенно воздействует температура резания на интенсивность затупления инструмента и период его стойкости. Выделение теплоты при снятии стружки объясняется тем, что в теплоту преобразуется механическая работа, затраченная на срезание стружки. Таким образом, при резании существуют три основных источника тепла 1) внутреннее трение между частицами срезаемого слоя в результате его деформации при образовании стружки (Qдеф); 2) трение стружки о переднюю поверхность инструмента (Qтр.пер.пов.); 3) трение поверхности резания и обработанной поверхности по задним поверхностям инструмента (Qтр.задн.пов.). Наиболее интенсивно выделение тепла происходит в области стружкообразования, прилегающей к плоскости сдвига. В этой области теплота выделяется в результате двух одновременно протекающих процессов: вопервых, в результате пластической деформации сдвига элементов образующейся стружки по плоскости сдвига; во-вторых, в результате пластической деформации сжатия и частично пластической деформации смятия тонкого слоя металла примыкающего к плоскости сдвига со стороны срезаемого слоя припуска. Общее количество выделяющегося при резании тепла равно сумме тепла, выделившегося во всех перечисленных выше источниках. Тепло, образующееся в процессе резания, не аккумулируется в местах его образования, а распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с низкой температурой. В начале обработки температура в зоне резания растет до какого-то определенного значения и устанавливается постоянной, соответствующей стационарному тепловому режиму, при котором выделение тепла равняется отводу его по перечисленным направлениям. Теплота, переходящая в инструмент, при всей своей относительной незначительности, концентрируясь в малых объемах материала инструмента, вызывает сильный разогрев его в этих объемах и снижение режущих свойств и износоустойчивости инструмента. С увеличением скорости резания доля тепла, переходящего в инструмент, уменьшается, но абсолютное его количество возрастает и температура в зоне резания увеличивается до значений, близких к температуре красностойкости металла инструмента. Температурное поле резца Совокупность мгновенных значений температуры в различных точках зоны резания называется температурным полем. Температурное поле дает наиболее яркую и полную картину температурной обстановки в зоне резания. Наибольшее количество теплоты концентрируется в тонких слоях стружки, прилегающих к передней поверхности. Здесь температура намного превышает температуру в зоне сдвига. По мере удаления от передней поверхности резца температура слоев стружки резко падает. В прирезцовом слое максимальная температура наблюдается в середине длины площадки контакта. От этой области температура убывает как по направлению к режущей кромке, так и по направлению к точке отрыва стружки от передней поверхности. Температура обрабатываемого материала, лежащего ниже поверхности резания, значительно меньше температур в стружке и на площади сдвига Режущий клин также нагревается неравномерно. Сильнее всего разогрет участок передней поверхности, расположенный в середине длины площадки контакта, тогда как у вершины уровень температур меньше. По мере удаления от передней поверхности температура в режущем клине изменяется гораздо менее значительно, чем температура стружки. В тех случаях, когда нет необходимости в изучении законов распределения температур на контактных площадках или в теле инструмента и детали, наиболее удобным показателем тепловой напряженности процесса резания является средняя температура резания на всей поверхности контакта инструмента со стружкой и деталью. 4)Методы измерения температур в зоне резания Калометрический метод заключается в том, что стружка собирается в калориметре с водой. Зная количество воды в калориметре, массу стружки и ее теплоемкость, можно определить среднюю температуру стружки по разности температуры воды в калориметре до, и после резания. Метод термокрасок заключается в том, что на контактные площадки инструмента наносятся специальные составы, изменяющие свой цвет под действием температур. Термоэлектрический метод заключается в том что если нагреть место спая двух проводников из различных металлов, оставляя при этом свободными концы при более низкой температуре, на последних возникает термоЭДС, которая зависит от разности температур спая и более холодных концов проводников. Замыкая цепь через вольтметр, можно измерить термоЭДС. Такая цепь называется термоэлектрической. Этот метод является наиболее распространенным и имеет следующие разновидности. Метод искусственной термопары заключается в том, что в инструменте просверливается отверстие малого диаметра, не доходящее до какой-либо точки передней или задней поверхности примерно на 0,2...0,5 мм. В это отверстие вставляется изолированная термопара. Температура в точке соприкосновения термопары и инструмента регистрируется включенным в цепь термопары гальванометром . Метод скользящей (бегущей) термопары. Позволяет получить более точные значения температуры по сравнению с предыдущим методом. Суть этого метода заключается в том, что в заготовку заделываются термопары, которые при перерезании их режущим лезвием инструмента образуют слой термопары, скользящий (бегущий) по передней и задней поверхностям. Концы термопар через передающую систему подключают к осциллографу. Это позволяет записать распределение температур по длине контакта. Метод естественной термопары. Элементами термопары служат деталь и инструмент, которые, будучи разнородными металлами, в процессе резания имеют сильно нагретый контакт, являющийся спаем этой термопары. Концы инструмента и детали имеют значительно более низкую температуру. Для устранения дополнительных паразитных термопар, возникающих в местах стыка деталей станка с заготовкой, резец и заготовку изолируют от станка. При исследованиях, не требующих высокой точности, установка может быть значительно упрощена. Деталь не изолируют от станка, считая, что роль возникающей дополнительно термопары ничтожна из-за слабого разогревания заднего центра по сравнению с резцом. В связи с этим провод, ранее присоединяемый к детали, можно присоединить к любой точке станка. Естественные термопары могут также применяться для измерения средних температур на каждой из контактных площадок в отдельности и для изучения закона распределения температур на поверхности соприкосновения стружки с инструментом. Естественная термопара измеряет некоторую среднюю температуру, тогда как на площадках контакта в процессе резания развивается различная температура в разных точках контакта. Отношение этой средней температуры к наивысшей непостоянно. Метод бесконтактного измерения температур представляет собой регистрацию теплового излучения отдельных участков детали или инструмента в процессе обработки. Он может быть основан на разных принципах. Например, так называемый фотоэлектрический метод состоит в том, что тепловое излучение с участка нагретой поверхности собирается с помощью линз и направляется на фотосопротивление. Под действием теплового излучения в фотоэлементе возникает ток, который повышается усилителем и регистрируется измерительным устройством. Также существуют системы, основанные на регистрации инфракрасных лучей, исходящих из зоны резания. 5)Износ и стойкость режущих инструментов Режущий инструмент в процессе резания воздействует на обрабатываемый материал и вызывает образование стружки и формирование новой поверхности, однако сам при этом подвергается воздействию со стороны обрабатываемого материала и интенсивно изнашивается. Режущие инструменты работают в чрезвычайно тяжелых условиях действия громадных давлений на поверхностях контакта и высокой температуры, в условиях трения чистых, вновь образованных ювенильных (чистых) поверхностей. По этим причинам интенсивность изнашивания режущих инструментов в тысячи и десятки тысяч раз превосходит интенсивность изнашивания трущихся деталей машин. В результате изнашивания режущее лезвие инструмента теряет свою первоначальную форму и, как следствие, режущую способность. Для восстановления режущей способности инструмента производится затачивание его рабочих поверхностей. В процессе затачивания инструмента с его рабочей части срезаются довольно большие слои дорогостоящего инструментального материала. Кроме того, на смену затупившегося инструмента затрачивается время, которое увеличивает продолжительность операции механической обработки, а следовательно и ее стоимость; срезаемый при затачивании абразивным инструментом дорогостоящий инструментальный материал переводится в шлам и безвозвратно теряется. В целом все это существенно удорожает механическую обработку и ограничивает ее эффективность. Поэтому, задача уменьшения интенсивности изнашивания режущих инструментов и увеличения срока его службы была и остается одной из главных задач металлообработки. 6)Критерии затупления и стойкость режущего инструмента Критерий отказа инструмента, характеризуемый максимально допустимым значением износа режущего лезвия, после достижения которого наступает его отказ, называется критерием затупления. Критерии зависят от характера обработки и обрабатываемого материала. Например, о возрастании изнашивания инструмента можно судить по быстрому росту сил резания. Такой критерий затупления называется силовым. Если к выполняемой операции не предъявляются высокие требования точности и шероховатости обработанной поверхности, целесообразно доводить инструмент до такой степени износа, при которой полный период его стойкости наибольший. Такой критерий затупления называется оптимальным. Размеры площадки износа инструмента могут ограничиваться требованиями обеспечения необходимого качества или точности обработанной поверхности. Такие критерии называются технологическими. На кривой износа существуют три зоны: I) Зона приработки. Износ растет быстро за счет стирания дефектного слоя на инструментальной пластине, возникшего при заточке инструмента. II) Зона нормального износа. Темпы износа сохраняются постоянными. Эта зона составляет основной срок эксплуатации режущего инструмента. III) Зона катастрофического износа. В точке D передняя граница лунки износа встречается с фаской износа. Время работы инструмента до достижения предельно допустимого износа называют стойкостью инструмента Т. 7)СОТС при обработке конструкционных материалов Применение при обработке резанием смазочно-охлаж-дающих технологических сред (СОТС) повышает период стойкости режущего инструмента, уменьшает силы резания, улучшает качество обработанной поверхности детали, а следовательно, и ее эксплуатационные характеристики. Применение технологических сред — одно из основных направлений интенсификации процесса механической обработки различных материалов. Все виды СОТС, несмотря на конкретные области их применения, должны удовлетворять следующим требованиям : 1)не снижать эксплуатационные характеристики деталей, изготовленных при их применении, прежде всего коррозионную стойкость и прочность; 2) быть устойчивыми при эксплуатации и хранении; 3) не воспламеняться при температурах, сопровождающих процесс резания; 4) не оказывать аллергического, дерматического или иного вредного воздействия на организм человека; 5) не выделять в процессе эксплуатации пену, дым, клейкие вещества, не смешиваться с машинными маслами; 6) не оказывать окрашивающего или коррозионного действия на узлы и механизмы станка. 1. Смазочное действие. Цель применения СОТС — снижение интенсивности изнашивания режущего инструмента, улучшение качества обработанной поверхности и повышение производительности труда. Достичь этого можно направленным воздействием на элементарные физико-механические и механохимические процессы, протекающие при резании металлов. В результате смазочного действия технологической среды уменьшаются схватывание, фрикционный нагрев и силы трения при перемещении стружки и обрабатываемого металла по передней и задней поверхностям инструмента. В зависимости от свойств обрабатываемого и инструментального материалов СОТС могут уменьшать или увеличивать схватывание между ними, изменять длину контакта стружки с передней поверхностью и силы резания. Соответственно улучшаются или ухудшаются такие параметры обработки, как период стойкости инструмента, производительность процесса, качество обработанной поверхности и др. Смазочное действие по-разному влияет на процесс резания. При лезвийной обработке углеродистых и легированных сталей в зоне низких скоростей резания повышение смазочных свойств СОТС стабилизирует нарост, уменьшает его размеры, прочность и силу сцепления между отдельными слоями. Известно, что в случае нестабильного наростообразования интенсифицируется абразивное изнашивание инструмента. Поэтому, если нарост оказывает защитное действие, например, при резании инструментами из быстрорежущих сталей, использование СОТС может отрицательно сказаться на их стойкости. С ростом толщины среза и скорости резания влияние СОТС снижается. 2. Охлаждающее действие. В результате этого действия изменяется температурное поле инструмента, заготовки, стружки, что влияет на период стойкости инструмента, точность обработки, шероховатость и остаточные напряжения в поверхностном слое, форму стружки. При лезвийной обработке это наблюдается, когда скорость резания менее 150 м/мин, а при более высоких скоростях температура обрабатываемой заготовки стабилизируется. 3. Моющее действие. Оно определяется степенью очистки обрабатываемой детали и инструмента в зоне резания от шлама, содержащего мелкие частицы стружки, обрабатываемого металла, инструментального материала, которые удерживаются на поверхности твердых тел электростатическими, электромагнитными и механическими силами. Чем меньше частицы шлама, тем легче они проникают в микронеровности на поверхности инструмента и детали и тем прочнее там удерживаются, ухудшая технологические показатели процесса обработки. 4. Режущее и пластифицирующее действие. Под режущими свойствами СОТС понимают ее способность облегчать разрыв связей в обрабатываемом материале при внедрении инструмента. Это способствует повышению стойкости инструмента и облегчению процесса резания. Пластифицирующее действие СОТС заключается в облегчении пластического деформирования металлов за счет локализации деформации в тонких поверхностных слоях. Эти слои выполняют роль смазочного материала и препятствуют налипанию обрабатываемого металла на инструмент, уменьшают трение на контактных площадках и силу резания. 5. Защитное и упрочняющее действие. СОТС способствует повышению эксплуатационных характеристик деталей. Высоким защитным действием обладают, в частности, инертные газы. Обработка в их атмосфере титановых сплавов предохраняет поверхностный слой от разупрочнения в результате диспергирования в него атомов азота, водорода, кислорода. Это существенно повышает прочность сплавов при циклических нагрузках. В ряде случаев путем правильного подбора компонентов технологической среды можно нанести на поверхность детали пленку ингибиторов коррозии. 8)Влияние технологических факторов на температуру резания Многочисленные исследования зависимости температуры от различных факторов показывают, что температура в зоне резания зависит от физикомеханических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущего инструмента и многих других условий. Наибольшее влияние на температуру в зоне резания оказывает скорость резания, в меньшей степени влияет подача, а влияние глубины резания почти не обнаруживается. Из геометрических параметров режущей части инструмента наиболее сильно на температуру резания влияют передний угол, главный угол в плане и радиус закругления при вершине, сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок на вершине режущего лезвия инструмента. Влияние скорости резания. С увеличением скорости резания возрастает количество теплоты, выделяющейся в зоне резания, а также температура нагрева детали, стружки и инструмента. Однако рост температуры в зоне резания отстает от роста скорости резания. Это отставание особенно усиливается в зоне высоких скоростей. Влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала. На силы резания, а, следовательно, на работу резания и количество выделяющейся теплоты, а также на условия теплоотвода оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала. На температуру резания они влияют так же, как и на силу резания Рz, т. е. имеется тенденция к увеличению с повышением прочности, твердости и пластичности обрабатываемого материала. Большое воздействие на температуру резания оказывает теплопроводность обрабатываемого материала и характер его микроструктуры. Чем выше теплопроводность обрабатываемого материала, тем ниже , так как отвод теплоты от места ее выделения в стружку и в деталь более интенсивен. Кроме того, при обработке сталей со структурой зернистого перлита сила и температура резания значительно выше, чем при обработке сталей со структурой пластинчатого перлита. Это объясняется тем, что пластичность структуры зернистого перлита гораздо выше, чем у пластинчатого перлита. В настоящее время довольно широко применяются жаропрочные, нержавеющие и другие труднообрабатываемые стали с высоким содержанием таких легирующих элементов, как Cr, Ni, W, Mn и т. д. Эти стали имеют аустенитную структуру и отличаются низкой теплопроводностью. При обработке таких сталей температура резания значительно выше, чем при обработке обычных сталей перлитного класса. Еще меньше теплопроводность титановых сплавов, а поэтому при обработке их очень высокая. Влияние элементов сечения среза. С увеличением ширины среза b1 прямо пропорционально растет сила, работа резания и количество выделяющейся теплоты. Во столько же раз увеличивается и длина активной части режущей кромки, а соответственно и отвод теплоты. Поэтому с увеличением b1 температура резания изменяется незначительно. Влияние геометрических параметров инструмента. С изменением переднего угла инструмента изменяются условия подвода и отвода теплоты, а, следовательно, и температуры резания. С увеличением уменьшается сила, а, следовательно, и работа резания, а также количество выделившейся теплоты. Однако при этом ухудшаются условия ее отвода, так как уменьшается угол заострения . Поэтому существует некоторый оптимальный угол , при котором уменьшаются силы резания и количество выделившейся теплоты. С увеличением выше оптимального уменьшается угол заострения , ухудшаются условия теплоотвода, растет температура резания (рисунок 44). Аналогично влияет на температуру также задний угол . 9)Влияние технологических факторов на силу резания Влияние ширины и толщины среза Толщина среза а1 и ширина b1 не в одинаковой степени влияют на силу резания. Сила резания возрастает пропорционально b1, но отстает от увеличения а1. Отставание роста силы резания от увеличения толщины среза можно объяснить следующим: с увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим увеличивается температура резания, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию. Пластические деформации и напряжения распределяются по толщине стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности лезвия инструмента. Поэтому увеличение толщины среза приводит к относительному уменьшению слоя с максимальными деформациями. Кроме того, сила трения Fз по задней поверхности лезвия как одна из слагаемых при расчете сил резания с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень мало. Таким образом, при сохранении площади поперечного сечения среза постоянной, силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины и одновременно увеличения толщины среза. Влияние механических свойств обрабатываемого металла При снятии стружки металл не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. Большое влияние на силы резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки металл в зоне резания сильно разогревается. Значит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при статических испытаниях. Поэтому нет точной и однозначной зависимости между силой Рz и временным сопротивлением обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками. Установлено, что силы резания растут при увеличении предела прочности в, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала Влияние механических свойств инструментального материала Это влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентах трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и укорочения стружки не отличаются, а следовательно, сила Pz не изменяется. Влияние режимов резания Ранее считалось, что скорость резания практически не влияет на его силу. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом динамометров. В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. Как уже отмечалось, работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения. Влияние геометрических параметров режущей части инструмента 1) Влияние переднего гамма и заднего альфа углов. При увеличении переднего угла облегчается врезание зубьев инструмента в деталь, улучшается сход стружки, уменьшается деформация обрабатываемого металла и снижается коэффициент укорочения стружки, а, следовательно, уменьшается Рz. Влияние заднего угла на силу резания устанавливается, исходя из способности металла упруго восстанавливаться. С уменьшением угла увеличивается контакт задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью, что приводит к росту сил трения и резания. Этому способствует то обстоятельство, что после прохождения режущего лезвия металл упруго восстанавливается, образуя дополнительную площадку контакта инструмент— деталь. Чем больше , тем меньше длина контакта 2) Влияние главного угла в плане ФИ С увеличением ФИ при неизменных режимных параметрах увеличивается толщина среза a1 = ssin и уменьшается его ширина. Соответственно уменьшается величина усадки стружки, снижаются и силы Pz и Py. Сила Px с увеличением угла ФИ возрастает, что связано с изменением соотношения сил, действующих в горизонтальной плоскости: при увеличении угла ФИ равнодействующая сила R отклоняется в сторону оси заготовки, увеличивая тем самым Px. 3) Влияние радиуса при вершине r С увеличением r при неизменных s и t растет ширина и уменьшается толщина среза. Кроме того, это приводит к увеличению деформации срезаемого металла и уменьшению вспомогательного переднего угла НЮ. Это вызывает увеличение сил Pz и Py и уменьшение Px . Влияние СОТС В целом, СОТС, проникая на контактные площадки, действует как смазка и снижает силы Pz, Py и Px . 10)Влияние технологических факторов на вибрации В процессе резания в элементах технологической системы могут возникать колебания, называемые вибрациями. Технологическая система в общем случае представляет совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей, предназначенная для выполнения того или иного технологического процесса или операции. Технологическая система СПИЗ может служить для обработки конкретной поверхности детали или, как одна из многих подсистем, входить в общую систему для обработки детали, а в дальнейшем — сборки машины. Обязательным условием получения высокой точности и низкой шероховатости обработанной поверхности является устойчивость движения при резании. Для этого система СПИЗ должна быть выиброустойчивой и не допускать существенных колебаний. Практика показала, что при различных условиях обработки могут появляться колебания детали, оборудования и инструмента различной частоты. Чаще всего деталь имеет низкочастотные колебания, а инструмент — высокочастотные. При возникновении вибраций снижается качество обработанной поверхности и период стойкости инструмента. В ходе работы станка возникает 4 вида колебаний: 1. Вынужденные колебания возникают вследствие наличия в системе внешней периодической силы, вызывающей колебательный процесс с частотой, равной частоте возмущающей силы. Причиной появления возмущающей силы могут быть силы, обусловленные процессом резания (прерывистость процесса резания, неравномерность припуска, оставленного на обработку), а также силы, возникающие технологической системы вне зоны резания (дисбаланс вращающихся частей станка, детали и инструмента, дефекты зубчатых и ременных передач станка, передача колебаний станку от других работающих поблизости станков и т. д.). Для устранения этих колебаний достаточно ликвидировать причины их возникновения. 2. Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, создающего эффект, аналогичный действию переменной силы. Обычно таким параметром является переменная жесткость узла или детали. Например, наличие шпоночной канавки на валу или переменная жесткость подшипников качения приводит к тому, что при вращении прогибы вала периодически изменяются, хотя внешняя сила постоянна. Параметрические колебания вследствие переменной жесткости по своему характеру близки к вынужденным. 3. Релаксационные (прерывистые) колебания возникают при медленных перемещениях узлов станочной системы. 4. Автоколебания (самовозбуждающиеся колебания) являются наиболее характерной формой колебаний. Они возникают при всех известных видах обработки. Любое случайное возмущение (толчок), каких много в реальной системе резания (это вход или выход режущих лезвий из контакта с деталью, неравномерность припуска, неоднородность свойств обрабатываемого материала, радиальное биение заготовки или инструмента и др.), приводит к возникновению собственных затухающих колебаний системы. Эти колебания всегда сопровождаются изменением среза (обычно только толщины среза а1) и скорости резания v или скорости скольжения стружки по передней поверхности инструмента. Изменение а и v вызывает соответствующее изменение силы резания и ее составляющих. В определенных условиях возникшие колебания могут перейти в незатухающие автоколебания. Энергию для их поддержания создает переменная сила резания. Вибрации нарастают до тех пор, пока не устанавливаются стабильные автоколебания с частотой, определяемой свойствами системы СПИД. На амплитуду колебаний оказывает влияние ряд факторов: 1) Увеличение толщины срезаемого слоя или подачи уменьшает амплитуду колебаний, а ширины срезаемого слоя или глубины резания — увеличивают ее 2) Влияние скорости резания на амплитуду колебаний имеет экстремальный характер. Максимальная амплитуда зависит от рода обрабатываемого материала и условий работы. 3) Интенсивность вибраций зависит от переднего угла инструмента. При отрицательных его значениях амплитуда колебаний резко возрастает. Чем меньше , тем больше зона скоростей, при которых возникают вибрации. 4) Уменьшение заднего угла инструмента до 3° и ниже приводит к снижению амплитуды колебаний, а если он больше 8... 10°, то на интенсивность колебаний он не оказывает существенного влияния. 5) С изменением угла изменяется толщина и ширина срезаемого слоя, и в соответствии с этим — амплитуда колебаний. С увеличением амплитуда колебаний уменьшается, поскольку при этом уменьшается b1 и увеличивается а1 6) Частота автоколебаний не зависит ни от угла в плане, ни от толщины среза. |