Введение Важнейшие проблемы народного хозяйства России Улучшение качественных характеристик

• Название: Введение Важнейшие проблемы народного хозяйства России Улучшение качественных характеристик
• Анкор: Kurs_lektsy.docx
• Дата: 19.09.2017
• Размер: 3.48 Mb.
• Имя файла: Kurs_lektsy.docx
• Тип: Документы; #8771
• страница: 21 из 32

4) Наростообразование

Нарост - слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (Рис.64). Нарост обладает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.



Рис. 64. Наростообразование при точении.
Нарост играет двоякую роль в процессе резания.

Преимущества нароста:

- увеличивает передний угол (+γ), 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;

- частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;

- ввиду изменения угла γ 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.65). Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.



Рис.65. Схема образования поверхностного слоя и наклепа.

Н - ширина контактной площадки

h_y - толщина упрочненного слоя.
Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя (h_y) и степенью наклепа (η_H):

,

НВ_П - микротвердость поверхностного слоя,

НВ_о - 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.

Общееколичествотеплоты, выделившееся в процессе резания в минуту составляет:Q= Р_z • V (Дж/мин).

Тепловой баланс процесса резания можно записать (см. рис.66):

Q = Q_упд + Q_тп + Q_тз = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ ,

где Q_упд- тепло выделившееся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала,

Q_тп- тепло от трения стружки о переднюю поверхность инструмента,

Q_тз- тепло от трения задней поверхности инструмента о заготовку,

Q₁ - тепло, отводимое стружкой (30 ... 80% от Q),

Q₂ - тепло, отводимое заготовкой (10 ... 50%),

Q₃ - тепло, отводимое режущим инструментом (2 ... 8 %),

Q₄ - тепло, переходящее в окружающую среду (около 1 %).


Рис. 66. 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;

- 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: СО₂, CCl₂, N₂;

- 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;

- диффузионный - взаимное растворение химических элементов материалов инструмента и заготовки, особенно при повышенных температурах (Θ > 800°С);

- 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 - h_з, который называется критерием износа, инструмент подвер-гается заточке.

Период работы инструмента между переточками называется стойкостью - « T_i», которая измеряется в минутах.

Суммарный период службы инструмента:

ΣT = n_i•T_i,

где n_i - 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 С_V- коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого

материала,

т - показатель относительной стойкости.
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 поверх- ности: появляется волнистость, возрастает шероховатость. При вибрациях возникает шум, который утомляет станочников.

Различают вибрации - вынужденные и автоколебания.

Вынужденные колебания (вибрации) возникают под действием 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.
9. 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.

Качество обработанной поверхности и поверхностного слоя, характеризуется геометрическими и физико-механическими показателями.

Геометрическиепоказатели:

- шероховатость или микронеровности поверхности,

- волнистость.

Физико-механическиепоказатели:

- остаточные напряжения (знак и величина),

- структура материала,

- наклеп (глубина и степень) и др.
10. Производительность и выбор режима резания
Производительностьобработки «G» определяют числом деталей, изготовляемых в единицу времени:

(шт/мин),

Т_шт - время обработки, складывается из основного (Т_о), подготовительно-заключительного (Т_пз), вспомогательного (Т_в) и времени на оргтехобслуживание (Т_то), т.е. :

Т_шт = Т_о + Т_пз + Т_в + Т_то, мин.

Основное(технологическое)время (Т_о) затрачивается непосредственно на процесс изменения формы размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Формулы для определения Т_о в зависимости от технологического метода обработки приведены в справочной литературе.
Порядок назначения и выбора элементов режима резания

1)Назначают глубину резания

Глубина резания(t).назначается исходя из жесткости технологической системы СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), величины припуска и стадии обработки, используя справочные данные.

Если весь припуск (h) снимается за один рабочий ход, то глубина резания принимается равной величине припуска, т.е. (t = h). Величина припуска на обработку (h) определяется по разному, исходя из условие и метода обработки, размеров и формы заготовки и детали.

Например, для наружного точения определяется по формуле: h = 0,5•(D_з + d),

где D_з- диаметр обрабатываемой поверхности заготовки,

d - диаметр обработанной поверхности детали.

Если обработка поверхности разделяется на черновую и чистовую стадии, то сначала необходимо назначить глубину резания на чистовой рабочий ход: t_чист = (0,2...0,25)h, а оставшуюся часть припуска оставить на черновой рабочий ход, т.е.: t_черн = h -t_чист.

Если черновая обработка выполняется в несколько рабочих ходов, то следует назначить величину t_чист, а остальную часть припуска (h) разделить на число рабочих ходов (i): t_черн = (h -t_чист) / i.

2) Наибольшую допустимую величину подачи(S) выбирают 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(V) по эмпирической зависимости, исходя из выбранных: глубины резания (t), подачи (S) и стойкости режущего инструмента (Т).

Например при точении:

где С_V - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вид работы, толщины среза и материала лезвия резца;

х_v и у_v - показатели степени при t и S;

т - показатель степени периода стойкости, зависящий от материала лезвия резца;

С_V, m, x_vи у_vопределяются по справочным данным;

Т - средний период стойкости резца, мин;

К_V- общий поправочный коэффициент, учитывающий различие конкретных условий резания от экспериментальных, при которых определены табличные значения коэффициента С_V.

Коэффициент К_V определяется как произведение коэффициентов, учиты- вающих влияние различных факторов обработки поверхности:

К_V = К_Mv• К_Пv • К_Иv • К_Фv • К_φv • К_φ’v • К_rv ,

где К_Mv , К_Пv , К_Иv , К_Фv , К_φv , К_φ’v и К_rv - коэффициенты, учитывающие, соответственно: физико-механические свойства обрабатываемого материала, состояние поверхности заготовки, марку инструментального материала, форму передней поверхности резца, углы в плане и радиус при вершине резца.

4) По расчетному значению скорости резания (V) определяется требуемая частота вращения шпинделя станка (n_шп):



где D_з - диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, м.

Расчетное значение частоты вращения (n_т) следует откорректировать по паспортным данным станка, приняв для конкретных условий ближайшее меньшее значение (n_ст): n_ст < n_т .

5) Выполняют проверку выбранного режима.

Проверку правильности выбранного режима резания чаще всего выпол- няют по загрузке мощности станка, иногда и по другим критериям.

При необходимости выбор элементов режима резания полностью повторяют!