Мощность процесса резания. Сила резания

Сила резания, составляющие силы резания, силы резания при точении, расчет силы резания, сила резания при фрезеровании

Сила резания

Сила резания R – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.

Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы - тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px.При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле

(8)

где:

Сp; xp; yp; np - эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл.15;

t - глубина резания (при отрезании, прорезании и фасонном точении - длина лезвия резца), мм;

Kp = KMp·Kjp·Kgp·Klp·Krp - поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 13 и 16.

Для определения сил Py и Px существуют аналогичные эмпирические формулы. Однако для упрощения и ускорения расчётов величины радиальной Py и тангенциальной Px сил резания рекомендуется [3] принимать по следующим соотношениям

Px=(0,1...0,25) · Pz,    (9)

Py=(0,25...0,5) · Pz

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле

(10)

С учётом потерь, мощность привода, кВт, определится

(11)

где h - к.п.д. станка, (принимается равным 0,85).

Проверка режима резания по мощности резания

Расчитаный режим резания необходимо проверить на достаточность мощности привода станка. Найденное значение Nпр сравнивается с паспортным значением Nпрпасп станка, проверяется условие

(12)

В случае несоблюдения этого условия следует уменьшить силу резания соответствующим изменением периода стойкости инструмента, подачи или глубины резания.

Проверка резца на изгиб

После проведения проверки по мощности резания производится проверка прочности державки резца на изгиб от действия тангенциальной составляющей силы резания (см. рис. 4).

Рис. 4. Схема к определению длины вылета резца.

При этом должно соблюдаться условие:

     (13)

где:

B - ширина поперечного сечения державки резца, мм ;

Н - высота поперечного сечения державки резца, мм ;

lр - вылет резца из резцедержателя, мм:

• при наружном продольном точении lр» (1,2 - 1,25)Н,
• при подрезании торцев lр»(D/2)+5, мм;
• при растачивании отверстий lр » L+5 мм;

L - длина обработки, мм (см. формулу 39).

[sи]= 200 МПа - предельно допустимые напряжения на изгиб для державки из конструкционной стали.

При несоблюдении данного условия следует уменьшить вылет резца, увеличить размеры поперечного сечения державки, или уменьшить Pz соответствующим изменением режима резания.

Проверка на точность обработки

Радиальная составляющая силы резания Py может вызвать продольный изгиб заготовки. Поэтому необходима проверка жёсткости обрабатываемой детали, которая проводится исходя из условий точности обработки.

Максимальная нагрузка, Н, допускаемая жёсткостью заготовок, определяется по формуле:

     (14)

где:

f - стрела прогиба детали, мм.

Можно рекомендовать:
• при черновом точении f = 0,1 - 0,2 мм,
• при получистовом - f=0,1 мм,
• при точных работах 20 - 25 % от величины поля допуска на размер обрабатываемой поверхности;

k - коэффициент продольной упругости, зависящий от способа установки детали:

• k = 3 - деталь закреплена в патроне;
• k = 70 - деталь закреплена в центрах;
• k = 130 - деталь закреплена в патроне с поджатием задним центром;

E - модуль продольной упругости, МПа, табл. 17;

- момент инерции поперечного сечения детали (круга), мм;

D - диаметр круга, мм;

ld - длина детали (заготовки).

Если условие не выполняется, необходимо изменить схему закрепления детали; уменьшить глубину резания, величину подачи, геометрические параметры режущего инструмента.

osntm.ru

Силы резания

В результате сопротивление металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на резец. Эти силы обычно приводят к одной силе R– равнодействующей силе резания.

Условно считают, что точка приложения силы Rнаходится на рабочей части главного режущего лезвия резца. (Рис. 12).

Рис. 12. Разложение силы резания на составляющие.

Абсолютная величина, точка приложения и направление в пространстве равнодействующей силы резания Rв процессе обработки являются переменными.

Это объясняется неоднородностью структуры и переменной поверхностной твёрдостью материала заготовки, непостоянством сечения срезаемого слоя (наличие штамповочных и литейных уклонов, галтелей и т. д.), изменением углов ив процессе резания и т.д. Поэтому для практических расчётов используют не равнодействующую силу резания, а её составляющие, действующие по трём взаимно перпендикулярным направлениям: координатным осям металлорежущего станка. Такими осями для токарно-винторезного станка являются: осьX- линия центров станка, осьY- линия, перпендикулярная к линии центров станка, осьZ- линия, перпендикулярная к плоскостиX–Y(Рис.12).

Вертикальная составляющая силы резания Pzдействуют в плоскости резания в направлении главного движения (по осиZ). По осиPzопределяют крутящий момент на шпинделе станка (заготовке), эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскостиX-Z, изгибающий момент, действующий на стержень резца; по силеPzведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Радиальная составляющая силы резания Pyдействует в плоскостиX–Yперпендикулярно оси заготовки. По силеPyопределяют упругое отжатие резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскостиX–Y.

Осевая составляющая силы резания Px действует в плоскостиX–Yвдоль оси заготовки. По силеPxрассчитывают механизмы подач станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.

По величине деформации заготовки от сил PzиPyрассчитывают ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешность её геометрической формы. По величине суммарного изгибающего момента от силPzиPxрассчитывают стержень резца на прочность и т.д.

Величину и направление равнодействующей силы резания определяют как диагональ параллелепипеда, построенного на составляющих силах: R=

Силу Pz(в Н) определяют по эмпирической формуле, которая приводится в справочной литературе.

3. Нарост

В процессе работы на передней поверхности резца, у самой режущей кромки, образуется небольшой бугорок металла, прочно связанный с передней поверхностью. Такой бугорок металла, приварившийся к передней поверхности инструмента, называется наростом (Рис.13).

Рис. 13. Нарост при резании.

Нарост появляется при всех видах обработки деталей из стали, алюминия и других металлов. Твёрдость нароста 3 – 2 раза выше твёрдости обрабатываемого металла, из частиц которого он образован. Имея высокую твёрдость, нарост сам срезает стружку.

В зависимости от характера выполняемой операции нарост оказывает либо отрицательное, либо положительное влияние на процесс резания.

Положительное влияние нароста на процесс резания выражается в том, что с его появлением увеличивается передний угол. Иногда действительная величина переднего угла , образованного наростом, достигает 45. Поэтому с появлением нароста деформации обрабатываемого металла снижается и мощность, расходуемая на резание, уменьшается. Помимо этого, нарост прикрывает собой самую ответственную часть инструмента – режущую кромку предохраняя её от разрушительного действия стружки. Стружка сначала скользит по наросту и только в его конце опирается непосредственно на переднюю поверхность резца. Иногда вершина нароста сильно выдаётся за режущую кромку; в этом случае режет нарост, а режущая кромка не соприкасается с поверхностью резания и со стружкой.

Механизм образования нароста.Когда соприкасается два тела, то молекулы, расположенные на поверхности, действуют не только друг на друга, но и на молекулы соседней поверхности. Если эти поверхности достаточно тонкие, гладкие и не покрыты пленками каких-либо окислов, препятствующими взаимодействию молекул, то возникает заметная сила схватывания соединенных поверхностей. Так, например, если приложить друг к другу две очень хорошо отполированные плоские стеклянные пластины, то они слипаются и в таком состоянии могут удерживаться силой сцепления, достигающей 5-6 кгс/см(49-58Мн/м).

Особенно прочное схватывание металлических поверхностей возникает, когда отсутствуют пленки окислов на соприкасающихся поверхностях, имеется большая плотность контакта, при повышенных температурах и высоких давлениях.

При резания металлов давление стружки на переднюю, поверхность инструмента достигает несколько десятков тысяч атмосфер. Под влиянием такого давления пластичный металл стружки заполняет все неровности на передней поверхности инструмента, создаётся высокая плотность контакта стружки с передней поверхностью.

Поверхность стружки к моменту её соприкосновения с передней поверхностью ещё не успевает покрыться какими–либо плёнками окислов; окислы же, покрывающие переднюю, поверхность инструмента, мгновенно стираются движущейся стружкой. Под влиянием тепла, выделяющегося при резании, поверхности контакта стружки и инструмента нагреваются до высокой температуры.

Таким образом, при резании металлов имеются все условия, необходимые для прочного схватывания металла стружки с передней поверхностью инструмента. В результате этого схватывания возникает большая сила трения, превышающая при определённых условиях силу сцепления между частицами стружки. Под влияниям такой силы от стружки отделяются небольшие частицы металла; они прочно соединяются с передней поверхностью инструмента, образуя нарост.

Явление схватывания металлов, при котором частицы одной из поверхностей задерживаются на другой поверхности, обнаруживается очень часто, если имеется трение двух металлических чистых поверхностей. Нарост же на передней поверхности инструмента – это частый случай общего явления схватывания двух металлов при трении. Неустойчивость нароста.Образование нароста начинается с затормаживания на передней поверхности силой трения тонкого слоя металла обрабатываемой детали. Затем под влиянием внутренних сил трения, возникающих между частицами этого металла, на этот заторможенный слой наращиваются новые слои, и высота нароста увеличивается. Наращивание нароста происходит до тех пор, пока момент сил, сопротивляющихся внедрению нароста, не станет больше сил сцепления между частицами нароста. После этого вершина нароста скалывается, внедряется в обработанную поверхность и, таким образом, увеличивает её шероховатость. Основание нароста иногда сдвигается и удаляется вместе со стружкой. На месте сорванного нароста мгновенно образуется новый нарост, и весь цикл повторяется снова.

Наблюдения за данным явлением при помощи высокочастотной киносъёмки показывают, что срывы нароста происходят регулярно, причём частота срывов колеблется от 200 до 16000 в минуту, в зависимости от скорости резания, толщина среза и некоторых других факторов.

Влияние скорости резания на образование нароста. Практика показывает, что при очень низких скоростях резания нарост отсутствует. В результате действительный передний угол соответствует углу заточки, резание осуществляется непосредственно режущей кромкой инструмента, нижняя сторона стружки, соприкасающейся с передней поверхностью резца, имеет блестящий вид, обработанная поверхность получается чистой.

Нарост начинает появляться при скорости V=1-3 м/мин. По мере увеличения скорости резания высота нароста и образуемый им передний угол увеличивается. При скорости резанияV=15-40 м/мин и средней толщине срезаQ=0,2-1 мм высота нароста достигает своей максимальной величины. Действительный передний угол при этом составляет до 45. Если продолжать увеличивать скорость резания, то высота нароста и образуемый им действительный передний уголбудут уменьшаться. Изменяя скорость резания, всегда можно найти такую её величинуV, при которой нарост совершенно исчезает и в случае дальнейшего её увеличения уже не появится.

При низкой скорости резания температура в зоне резания мала, пластичность металла стружки, а, следовательно, и сила его схватывания с инструментом недостаточны, поэтому нарост на передней поверхности отсутствует. При высоких скоростях, наоборот, температура в зоне резания слишком высока, нарост сильно размягчается и смывается стружкой. (Рис.14)

Рис. 14. Зависимость высоты нароста от скорости резания.

Влияние толщины среза на образование нароста.Увеличение толщины среза сопровождается ростом объёма металла, деформируемого при резании, и увеличение ширины контакта стружки с передней поверхностью резца. Основание нароста при этом становится шире, и его высота увеличивается.

Одновременно с увеличением высоты нароста возрастание толщины среза даёт уменьшение величины критической скорости резания V, соответствующей исчезновению нароста.

Влияние свойств обрабатываемого металла на образование нароста. При резании деталей из твёрдых закалённых сталей нарост обычно совсем не появляется. При обработке деталей из пластичной стали, он может достигать значительной высоты; чем пластичнее обрабатываемая сталь, тем больше высота нароста, больше образуемый им передний уголи выше критическая скорость резанияV, соответствующая исчезновению нароста.

Меры борьбы с наростом.При черновых и предварительных работах, когда чистота обработанной поверхности не имеет значения, нужно использовать положительное влияние нароста на процесс резания. При чистовых работах следует создавать условия, при которых нарост не образуется. Для этой цели целесообразно применять следующие меры: увеличивать передний угол, повышать скорость резанияVза пределыV, применять хорошие смазывающие жидкости, тщательно доводить переднюю поверхность инструмента.

studfiles.net

Определение силы резания.

Касательная составляющая силы резания Рz определяется по формуле:

(15)

В данной формуле - постоянная величина, характеризующая вид обрабатываемого материала и другие исходные условия обработки. Они те же, что и при расчете скорости резания по формулам 10, 11.

xPz, yPz, nPz – показатели степени при глубине резания, подаче и скорости резания. Эти величины приведены в табл. 7 приложения II.

- поправочный коэффициент, учитывающий несовпадение реальных (заданных) условий обработки с исходными. Он представляет собой произведение:

(16)

- поправочный коэффициент, характеризующий прочностные свойства обрабатываемого материала. Он определяется по формулам.

- поправочный коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане резца;

- поправочный коэффициент, учитывающий величину переднего угла резца;

- поправочный коэффициент, учитывающий допустимый износ по главной задней поверхности резца.

Величины приведены в табл. 8 приложения II.

Проверка режима резания

по мощности главного привода станка.

Мощность, затрачиваемая на резание, определяется по формуле:

(17)

Рассчитанная по этой формуле мощность резания не должна превышать мощности на шпинделе станка Nшп.

Мощность на шпинделе станка

где - мощность электродвигателя станка;

- КПД станка.

В случае если мощность электродвигателя станка недостаточна, следует уменьшить один из элементов режима резания. Возможны следующие варианты:

1. Уменьшить глубину резания за счет введения дополнительного прохода;

2. Уменьшить величину подачи;

3. Уменьшить скорость резания.

В любом случае неизбежно увеличение затрат времени на обработку. Следует выбрать вариант, при котором это увеличение будет наименьшим.

5. Расчет машинного времени на обработку.

Величина машинного времени на обработку рассчитывается по формуле:

(20)

где - длина рабочего хода, мм (рис. 2)

- число проходов.

Длина рабочего хода определяется для каждого конкретного вида технологической операции:

(21)

(22)

(23)

В формулах 21-23:

- длина обработанной поверхности, мм;

- длина врезания, мм;

- длина перебега, мм.

Для всех вариантов задания длина врезания определяется по формуле:

(24)

Длина перебега:

Рассчитанную величину Тм следует округлить кратно 0,1.

6. Требования к оформлению расчетного задания.

1. Задание должно быть написано чернилами (или набрано на компьютере) и сброшюровано в тетрадь с размерами листа формата А4.

2. С правой стороны каждой страницы следует оставить поля шириной не менее 20 мм для замечаний преподавателя.

3. Образец титульного листа приведен в приложении III.

4. В начале текста следует вычертить эскиз обрабатываемой заготовки (детали) со всеми размерами в численном выражении. Далее указать все исходные данные согласно шифру задания (приложение I).

5. Все данные, выбранные из таблиц, должны быть обоснованны. В обосновании должен быть указан номер таблицы.

6. При выполнении расчетов следует приводить все промежуточные вычисления.

7. Все рассчитанные величины должны быть сведены в итоговую таблицу, например:

8. В конце текста привести список использованных литературных источников.

studfiles.net

Влияние различных факторов на величину силы резания

Влияние различных факторов на величину силы резания

Зависимость силы резания от ширины и толщины срезаемого слоя

Толщина среза а и ширина b не в одинаковой степени влияют на силу резания. Сила резания возрастает пропорционально b, но отстает от увеличения а. 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 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.

Зависимость сил резания от 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 Pz и прочностью обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками.

Установлено, что силы резания растут при увеличении sв, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на силу резания

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 Рz не изменяется.

При обработке инструментами, оснащенными вольфрамотитановыми твердыми сплавами, Рz уменьшается с увеличением содержания карбидов титана TiC. Для сравнения отметим, что если при обработке инструментом из быстрорежущей стали принять Рz = 1, для тех же условий работы инструмента, оснащенного твердыми сплавами группы ВК, Pz=1, а группы ТК - Рz = 0,9...0,95.

Влияние скорости резания на силу 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. Выясним эту зависимость на примере опытов для условий свободного резания стали 40Х.

Рис. 1. Зависимость сил резания от скорости резания и переднего угла при обработке стали 40Х с а = 0,2 мм; b = 4 мм

Сложный характер кривых Рz = f(V)объясняется появлением нароста на передней поверхности лезвия инструмента. Минимальные значения силы резания на кривых Рz = f(V) соответствуют максимально возможному наросту. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила резания велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное наростообразование, сила резания и укорочение стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный передний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, а следовательно, и действительный передний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастают коэффициент укорочения стружки и силы резания.

Как уже отмечалось, работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения, а следовательно, и Рz.

Минимумы и максимумы кривых Рz = f(V) тем рельефнее, чем меньше передний угол. Объясняется это тем, что больший нарост может образоваться (и образование его интенсивнее) при меньших передних углах инструмента. При обработке чугуна образуется меньший нарост, поэтому зависимость Рz = f(V) имеет вид плавной кривой (рис. 2). Аналогично выглядят зависимости Рz = f(V) для материалов, не склонных к наростообразованию — меди, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, титановых сплавов.

Рис. 2. Кривая зависимости Рz = f(V) при обработке чугуна

osntm.ru

Мощность процесса резания.

Для разрушения материала срезаемого слоя и превращения его в стружку необходимо затратить некоторое количество энергии и произвести работу резания. Мощность, непосредственно затрачиваемая на осуществление процесса резания, называется эффективной мощностью и обозначается Ne. Если при резании направления действующей силы резания Р и скорости резания V совпадают, то Ne = 60 PV

Если выразить Р в килоньютонах, а V м/мин., то получим единицу мощности - килловатт.

Эффективная мощность Ne в общем случае является суммарной мощностью, затраченной в процессе резания всеми составляющими Рх, Ру и Pzсилы резания Р.

Мощность осевой составляющей силы резания Nex = Рх • n • S, где n -частота вращения обрабатываемой заготовки; S - продольная подача.

Мощность радиальной составляющей силы резания

Ney = Ру • V • cos 90° = 0, т.к. вектор Ру перпендикулярен вектору V .

Мощность вертикальной составляющей силы резания Pz , направление которой совпадает с направлением скорости резания, определяется уравнением

Следовательно, эффективная мощность с использованием этих уравнений определяется как Ne = Nex +Ney +Nez = Px • n • S + Pz • V.

Скорость подачи, выраженная произведением n • S, примерно на два порядка меньше окружной скорости V. Поэтому мощность N составляет 1.. .2 % всей затраченной эффективной мощности, а основная доля эффективной мощности (98.. .99 %) приходится на составляющую Nez. В связи с этим расчет эффективной мощности производится по уравнению

Ne = 60 PV

где под величиной Р условно принимается вертикальная составляющая Pz силы резания.

Нарост при резании металла.

При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности лезвия инструмента образуется сильно спрессованный слой обрабатываемого материала, который называется наростом.

Стружка оказывает на переднюю поверхность резца очень большое давление, между ними возникают большие силы сцепления при обработке некоторых металлов. В результате происходит как бы слипание двух металлов: нижних частиц стружки с передней гранью резца. Слипание, а также сопротивление неровностей передней поверхности резца движению стружки, создают силу трения, которая препятствует ее сходу. Когда эта сила становится больше сил связи между частицами металла стружки, нижние слои стружки как наиболее спрессованные в процессе резания отделяются от остальной части стружки и задерживаются, или, как говорят, застаиваются на передней поверхности резца. Постепенно наслаиваясь друг на друга, они образуют между стружкой и передней поверхностью резца неподвижный, плотный, сильно спрессованный слой.

В процессе обработки резанием размеры и форма нароста непрерывно меняются в результате действия сил трения между отходящей стружкой и внешней поверхностью нароста. Частицы нароста постоянно уносятся стружкой, увлекаются обработанной поверхностью заготовки, иногда нарост целиком срывается с передней поверхности лезвия инструмента и тут же вновь образуется.

Объясняется это тем, что нарост находится под действием силы трения, сил сжатия Р 1 и Р2 и силы растяжения Q (Рис. 18).

Рис.18. Схема образования нароста.

С изменением размеров нароста меняется соотношение действующих сил. Когда сумма сил Р 1 , Р2 и Q становится больше силы трения F, происходит разрушение и срыв нароста.

Нарост существенно влияет на процесс резания и качества обработанной поверхности заготовки, т.к. при наличии нароста меняются условия стружкообразования.

Положительное влияние нароста состоит в том, что при наличии его меняется форма передней поверхности лезвия инструмента, это приводит к увеличению переднего угла, а следовательно, к уменьшению силы резания. Вследствие высокой твердости нарост способен резать металл. Нарост удаляет центр давления стружки от главной режущей кромки, в результате чего уменьшается износ режущего инструмента по передней поверхности лезвия. Улучшается теплоотвод от режущего инструмента.

Отрицательное влияние нароста состоит в том, что он увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, при работе детали с сопрягаемой деталью вызывают повышенный износ пары. Вследствие изменения наростом геометрических параметров режущего инструмента меняются размеры обрабатываемой поверхности в поперечных диаметральных сечениях по длине заготовки и обработанная поверхность получается волнистой. Вследствие изменения переднего угла инструмента меняется сила резания, что вызывает вибрацию узлов станка и инструмента, а это в свою очередь ухудшает качество обработанной поверхности.

Следовательно нарост оказывает благоприятное действие при черновой обработке и вреден при чистовой.

Упрочнение поверхностного слоя заготовки при обработке резанием.

В процессе обработки резанием поверхностный слой обработанной заготовки упрочняется. Инструмент всегда имеет радиус скругления

режущей кромки ρ, который при обычных методах заточки равен примерно 0,02 мм.

Рис.19. Схема образования поверхностного слоя.

Такой инструмент срезает с заготовки стружку при условии, что

глубина резания t больше радиуса ρ. Тогда в стружку переходит часть срезаемого слоя, лежащая выше линии CD. Слой металла, соизмеримый с радиусом ρ и лежащий между линиями АВ и CD, упруго пластически

деформируется. При работе инструмента значение радиуса ρ быстро растет вследствие затупления режущей кромки, и расстояние между линиями АВ и CD увеличивается.

Упрочнение металла обработанной поверхности заготовки проявляется в повышении ее поверхностной твердости. Твердость металла обработанной поверхности после обработки резанием может увеличиться в 2 - 3 раза.

После перемещения резца относительно обработанной поверхности происходит упругое восстановление поверхностного деформированного слоя на величину hy - упругое последействие. В результате образуется контактная площадка шириной Н между обработанной поверхностью и вспомогательной задней поверхностью резца. Со стороны обработанной поверхности возникают силы нормального давления N и трения F. Чем больше значение

упругой деформации, тем больше сила трения. Для уменьшения сил трения у режущего инструмента делают задние углы (α и α1,), значения которых

зависят от степени упругой деформации металла заготовки.

Упругопластическое деформирование металла приводит к возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений растяжения или сжатия. Напряжения растяжения снижают предел выносливости металла заготовки, т.к. приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое, развитие которых ускоряется действием коррозирующей среды. Напряжения сжатия повышают предел выносливости. Неравномерная релаксация остаточных напряжений искажает геометрическую форму обработанных поверхностей, снижает точность их взаимного расположения и размеров.

Из всего выше сказанного можно сделать следующие выводы:

1. Окончательную обработку поверхностей заготовок следует вести таким образом и в таких условиях, чтобы остаточные напряжения отсутствовали или были минимальными;

2. Целесообразно, чтобы в поверхностном слое возникали напряжения сжатия.

Напряжения можно снизить, применяя, например, электрохимическую отработку, а для получения в поверхностном слое напряжений сжатия можно рекомендовать обработку поверхностным пластическим деформированием, например, обкатку поверхностей заготовок стальным закаленным роликом или шариком.

Рис.20. Зоны поверхностного слоя.

Условно поверхностный слой обработанной резанием заготовкиможно разделить на три зоны.

I - зона разрушенной структуры с резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; ее следует обязательно удалять при каждой следующей обработке поверхности заготовки;

II - зона наклепанного металла;

III - основной металл.

В зависимости от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки и режима резания глубина наклепанного слоя составляет от нескольких миллиметров при черновой обработке до сотых и тысячных долей миллиметра при чистовой обработке. Пластичные металлы подвергаются большему упрочнению, чем твердые.

Наклеп, полученный при черновой обработке, отрицательно влияет на процесс резания при последующей чистовой обработке, когда срезаются тонкие стружки. В этом случае инструмент работает по поверхности с повышенной твердостью, что приводит к его быстрому затуплению.

studfiles.net

Силы и мощность резания

При шпиндельной абразивной обработке, в отличие от центробежнопланетарной, отсутствуют ударное взаимодействие абразивных частиц с поверхностью обрабатываемой детали и интенсивная циркуляция частиц в уплотненном инерционными силами обрабатывающем слое. Поэтому разрушение абразивных частиц от действия прижимающей силы РNмаловероятно. Однако общий характер контактного взаимодействия абразивных частиц с обрабатываемой поверхностью сохраняется. Схема контакта единичного зерна с обрабатываемой поверхностью при шпиндельной обработке, аналогичная схеме шлифующего зерна по Е. Н. Маслову, представлена на рис. 12.18. В соответствии с этой схемой вершина зерна аппроксимирована радиусом ρ. При этом микровыступыМи субмикровыступыNвыполняют роль самостоятельных режущих элементов. При малой глубине внедренияhвершины абразивного зерна в металл угол резания δкприближается к 180°, что делает процесс резания невозможным. Однако с увеличением глубины внедрения с ростом силыРN, прижимающей частицу к поверхности детали, фактический угол резания уменьшается и происходит переход от пластического деформирования к микрорезанию. При этом на абразивное зерно будут действовать нормальная силаРи сила тренияR. Эти силы можно приложить в точке К в середине дуги контактирования зерна с обрабатываемой поверхностью.

Рис. 12.18. Схема контактного взаимодействия единичного абразивного зерна с поверхностью детали при шпиндельной обработке: М– микровыступ;N– субмикровыступ; ρ – радиус округления вершины зерна; γки δк– передний угол и угол резания в точке контакта К

Проецируя силы Р иRна направления осейZиY, определим силуРy, прижимающую абразивное зерно к обрабатываемой поверхности, иРz, которая производит микрорезание, по соотношениям после преобразований в виде:

Тогда выражения для определения нормальной силы Ри срезающей силыРzпримут вид:

где γк– передний угол в точке К контакта абразивного зерна с поверхностью металла;f– коэффициент трения скольжения абразивных частиц по обрабатываемой поверхности.

Экспериментальные значения тангенциальной составляющей силы резания Рzиспользовались в соотношениях (12.1), (12.2) и (12.3) при рассмотрении равновесия абразивных частиц в зоне контакта с обрабатываемой деталью.

Учитывая, что в реальных условиях обработки контактирование абразивного зерна с поверхностью обрабатываемой детали носит вероятностный характер, так как зерно может контактировать одновременно несколькими вершинами, то величина нормальной нагрузки РNна вершину уменьшается в несколько раз. Поэтому в исследуемом процессе превалирующую роль в съеме металла могут играть микро- и субмикровыступы абразивных зерен. При этом их механическая прочность оказывается существенно ниже, чем основных выступов. Установлено, что при многократном использовании абразива происходит уменьшение размера абразивных частиц вследствие как абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность, так и трения абразивных частиц между собой. В процессе обработки происходят скалывание и округление острых вершин и углов и изменение микрорельефа поверхностей абразивных зерен, что приводит к изменению режущей способности совокупности абразивных частиц в целом. На рис. 12.19 приведены результаты экспериментальных исследований стойкости шлифовального материала на удельный съем металла в единицу времени. Установлено, что при многократном использовании абразива в камере в течение 24 ч происходит снижение приведенного удельного съема металла. При этом более мелкий абразивный материал обеспечивает меньшую производительность обработки.

q,мг.см2

Рис. 12.19. Влияние стойкости абразива на удельный съем металла (условия обработки: абразив 14А; материал детали – сталь 45; нитроцементация; 61…63 HRCэ;Vд= 2,2 м/с;р= 0,09 МПа): 1 – зернистость F40; 2 – зернистость F30

Снижение режущей способности при многократном повторном применении шлифовального материала можно объяснить износом абразивных частиц и притуплением вершин и острых граней.

Для выяснения характера износа абразивных зерен были проведены электронно-микроскопические исследования рельефа зерен после обработки.

На рис. 12.20,а приведена при увеличении 100Х вершина одного из абразивных зерен, проработавшего в камере более 24 ч. Контур вершины зерна заметно округлился, и на нем практически отсутствуют микровыступы, что объясняется сколами микровыступов при резании и трении между абразивными частицами при движении их вслед за вращающейся поверхностью детали в уплотненной внешним давлением массе частиц.

Однако фотография этого же участка вершины абразивного зерна при увеличении 3000Х (рис. 12.20,б) свидетельствует о наличии развитого субмикрорельефа даже на сглаженном участке сферической поверхности изношенного зерна. Следовательно, при контакте округленной вершины, прижатой усилием РN к поверхности детали, будет происходить съем металла с образованием стружки значительно меньшей дисперсности.

а) б)

Рис. 12.20. Электронно-микроскопические фотографии округленной вершины абразивного зерна после 24 часов обработки в камере при увеличениях: а) Х100; б) Х3000

Следует иметь в виду, что далеко не все абразивные зерна в камере приобретают столь ярко выраженное скругление вершин, как это показано на микрофотографии (см. рис. 12.20,а), а образующиеся сколы микро- и субмикровыступов могут выполнять роль самостоятельных режущих элементов. Поэтому в целом шлифовальный материал сохраняет довольно высокую работоспособность и после 24 ч непрерывной работы.

Циклическое разуплотнение шлифовального материала, которое применяется для обработки закаленных деталей, способствует перемешиванию абразивных зерен в объеме камеры и обновлению их в зоне контакта с деталью, что позволяет поддерживать режущую способность абразивных частиц на достаточно стабильном уровне.

Установлено (см. рис. 12.19), что для поддержания режущей способности абразива в камере на постоянном уровне достаточно один раз в 2…3 смены (через 16…24 ч работы) производить корректировку состава путем добавления свежего абразивного материала в камеру. Снижение эффективности обработки происходит главным образом за счет уменьшения размеров частиц. Поэтому отработанный абразив подвергают магнитной сепарации при обработке деталей из конструкционных сталей, сортируют путем просева через сита и крупные частицы повторно используют для обработки.

Шлам и отработанный абразив утилизуются и могут использоваться в качестве добавки в сырье при выполнении строительных работ (приготовлении бетона или изготовлении кирпича).

Выполненные исследования стойкости абразивных зерен согласуются с результатами исследований, в соответствии с которыми износ абразивных материалов происходит в результате хрупкого разрушения кристаллов, что приводит к образованию нового микрорельефа абразивных частиц.

При любом виде абразивной обработки важно знать мощность, необходимую для резания. В результате контактного взаимодействия рабочей поверхности абразивного инструмента с обрабатываемой поверхностью возникают силы резания. Выше было показано, что каждое зерно при обработке снимает ничтожно малую стружку и сила резания единичным зерном незначительна по величине, но с учетом того, что с поверхностью детали одновременно контактирует большое количество зерен, суммарная сила резания может достигать значительной величины. Это необходимо иметь в виду для определения мощности привода шпиндельных устройств и оценки тепловых процессов в зоне контакта детали с уплотненной абразивной средой.

Зная величину контактного давления и площадь контактирования, результирующую силу резания Ррпри вращении детали в уплотненной абразивной среде найдем по соотношению

, (12.27)

где ра– внешнее давление на абразивные частицы; Sн– площадь наружной поверхности детали, контактирующая со шлифовальным материалом;f– коэффициент трения абразивных частиц по металлу детали;nk– количество одновременно обрабатываемых деталей.

При трении абразива о сталь величина коэффициента fможет быть принята равной 0,2…0,25 при сухом трении и 0,15…0,2 – при трении со смазкой. Приближенно величину коэффициента тренияf можно также определить по соотношению, предложенному И.В. Крагельским:

.

Анализ выражения (12.22) показывает, что основным технологическим фактором шпиндельной камерной обработки, определяющим силу резания, является величина внешнего давления.

Для определения эффективных технологических режимов обработки важное значение имеет мощность, потребляемая приводом устройства, которая позволяет косвенно оценить и результирующую силу резания, учитывая нестабильность коэффициента трения f.

Мощность резания Np, Вт, необходимую для абразивного резания, найдем по выражению

(12.28)

где Mp=Pp0,5D– момент резания, Нм; ω – угловая скорость вращения детали на оправке, с–1.

Экспериментально величина мощности резания определялась по стандартной методике с помощью измерительного комплекса К – 50 путем определения эффективной мощности, потребляемой электроприводом шпинделя на преодоление рабочей нагрузки, по разности мощностей рабочего и холостого хода.

Экспериментальные и расчетные(по выражению (12.28) значения мощности резания для различных угловых скоростей вращения детали и при переменном внешнем давлении приведены в табл. 12.6.

При исследовании использовались закаленные до твердости 61...63 HRC прядильные кольца со сложным профилем поверхности, которые пакетом из десяти штук устанавливались на оправку. Приведенные в табл. 12.6 значения являются средними величинами по результатам пяти измерений.

Таблица 12.6 – Мощность абразивного резания при шпиндельной камернойобработке (шлифовальный материал 14АF40, D = 0,068 м, SH = 3090 мм2, f ≈ 0,2, nk= 10)

Результаты исследований, приведенные в данной таблице, показывают, что величина расчетных значений мощности несколько превышает экспериментальныезначения, причем во всем исследованном диапазоне угловых скоростей вращения детали и параметрах внешнего давления. Величина расхождений не превышает 15% и объясняется тем, что величина коэффициента тренияf между обрабатываемыми поверхностями деталей и шлифовальным материалом зависит от многих факторов и может колебаться в определенном диапазоне.

studfiles.net

17. Сила резания, её составляющие и их зависимость от условий резания. Мощность резания. Влияние сил резания на качество обработки.

Равнодействующая (действующая) сил, действующих на режущий клин – сила резания.

Силы действующие на задней поверхности не зависят от подачи и толщины срезаемого слоя.

С увеличением глубины резания t силы на задней поверхности увеличиваются прямо пропорционально. С увеличением прочности и твёрдости эти силы так же увеличиваются. При обработке закалённых сталей, отбеленных чугунов силы Nз очень велики  Fтз  Fтп и износ режущего клина происходит в основном на задней поверхности. При обработке пластичных мягких материалов Рз – невелика  определяется Рп, а из режимов резания s,t, т.е. поперечным сечением срезаемого слоя.

Разделить и определить точное значение сил действующих на передней и задней поверхности можно определить эксперементально: метод экстрополяции сил на толщину срезаемого слоя.

Для отдельных видов обработки сила R раскладывается на удобные составляющие

Точение R=

- осевая составляющая направлена вдоль оси вращения заготовки – усилие подачи , пружина для расчёта на прочность режущего инструмента, на изгиб резца: расчета на прочность элементов механизма подачи.

R=++

+=

18. Виды износа режущего клина и его влияние признаки. Критерий износа. Влияние износа на качество обработки.

Потеря режущей способности инструментов вызывается: изна­шиванием или истиранием контактных поверхностей на рабочих площадках инструмента; выкрашиванием мельчайших частиц на режущем лезвии, которое характерно для инструментов из более хрупких материалов. Основной причиной затупления инструментов при нормальных условиях работы является износ в результате исти­рания их рабочих поверхностей. Такой износ характерен для всех применяемых инструментов в обрабатывающей промышленности. В зависимости от режимов резания, свойств обрабатываемого материала, условий охлаждения и других факторов превалирую­щее истирание контактных площадок может быть: по задней по­верхности; передней поверхности; одно­временно по задней и передней поверхностям.

Превалирующий износ по задней поверхности обычно наблю­дается при обработке сталей с малой толщиной среза и низкими скоростями резания, а также при обработке чугуна. Объясняется это следующим: 1) при малых толщинах среза радиус округления режущего лезвия соизмерим с толщиной среза; 2) при тонкой стружке возрастает относительное значение упругой деформации поверхностного слоя; 3) путь трения по задней поверхности больше, чем по передней (из-за наличия усадки стружки).

Преимущественное затупление по задней поверхности наблю­дается при работе протяжками, метчиками, зуборезными долбяками, фасонными резцами. Как известно, перечисленные инструмен­ты работают на низких скоростях резания и при малых толщинах среза.

Преимущественный износ по передней поверхности наблюда­ется в случае большого удельного давления на контактной пло­щадке, когда возникает высокая температура. Эти условия бывают при обработке стали без охлаждения с высокими скоростями реза­ния и большими толщинами среза. При обработке ста­лей без охлаждения быстрорежущие резцы изнашиваются в основ­ном по передней поверхности, а при работе с охлаждением износ происходит как по передней, так и по задней поверхностям.

На практике чаще всего наблюдается одновременный износ инструмента по задней и передней поверхностям. Он является наи­более общим видом износа. Кроме этого, происходит округление режущего лезвия инструмента. Таким образом, в зависимости от скорости резания, толщины среза и других факторов изменяется характер износа режущих инструментов.

Признак, по которому инструмент считается затупленным (предельная величина его износа), называется критерием затупле­ния или критерием износа. При точении стали сильно затупленным инструментом, вследствие значительного возрастания сил резания на обработанной поверхности появляется блестящая полоска, а при обработке чугуна — полоска желтого цвета или пучок искр. Ука­занные критерии затупления режущих инструментов соответствуют началу периода катастрофического износа и не могут быть реко­мендованы для производства. О чрезмерном увеличении износа инструментов можно также судить по быстрому росту сил резания. Такой критерий затупления называется силовым. Он может приме­няться в лабораторных условиях, так как для регистрации роста сил резания требуются специальные приборы, размещение которых в цеховых условиях нецелесообразно в связи с усложнением обслу­живания станков и др.

studfiles.net

• 
  Порядок цилиндров
• 
  Привод стартера
• 
  Клапанный механизм
• 
  Классификация подъемников
• 
  Где собирают форд транзит
• 
  Тягово сцепное устройство для грузовых автомобилей
• 
  Силовой цилиндр
• 
  Самосвал вольво 6х4 технические характеристики
• 
  Получение стали
• 
  Соединительная муфта для валов
• 
  Температура вулканизации резины