книги из ГПНТБ / Корчак, С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей

размер станках, где изменение положения режущей кромки инструмента и ее колебания в процессе резания приводят к неточностям обработки.

В формулах (6) и (9) сопротивление сталей пластиче­ скому деформированию резанием определяется обобщен-

Рис. 97. Схема влияния технологических факторов (через обоб­ щенные) на производительность обработки

ным показателем — интенсивностью напряженного со­ стояния металла в зоне деформации, которое зависит от скорости деформации, характерной для исследуемого процесса. Каковы же, на наш взгляд, преимущества исполь­ зования этого критерия по сравнению с традиционной оценкой сопротивления металлов резанию по максималь­ ным касательным напряжениям, которые дают, по дан­ ным ряда работ, правильную относительную связь с пре-

делом прочности или пределом текучести и с силами резания.

Во-первых, связь между касательными и нормальными напряжениями в любой точке деформируемого тела выра­ жается этим обобщенным показателем напряженного со­ стояния, и касательные и нормальные напряжения числен­ но являются частью интенсивности напряженного со­ стояния х.

Во-вТорых, именно этот критерий — интенсивность напряженного состояния для больших пластических де­ формаций (или пластического течения, к которому отно­ сится резание металлов, когда ег ^ 2-г-2,5) — находится в зависимости от интенсивности скоростей деформаций. Последние при резании достигают весьма больших зна­ чений (для резания— К)5 с-1, а для шлифования —107с~ *) и, как показывают экспериментальные данные [60], напряжения при этих скоростях и высокой температуре возрастают в несколько раз по сравнению с аь или as-

Поэтому учет такой зависимости о{ (е;) необходим при расчете сил резания в процессах, где деформиро­ ванию подвергаются нагретые до той или иной температуры слои металла. Влияние скорости деформации на измене­ ние напряжений незначительно при деформировании ме­ таллов при комнатной температуре [601. Следовательно, необходимо учитывать скорость деформации на изменение напряжений для каждого процесса резания отдельно. Для процессов резания при работе инструмента в среде нагретого металла с высокими скоростями деформации, которую можно определить путем расчета динамических характеристик процесса, в том числе сопротивление ста­ лей процессу резания.

При расчете сил резания или обрабатываемости раз­ ных сталей при шлифовании, скоростном фрезеровании, сверлении и в общем случае при резании нагретого ме­ талла скорость деформации оказывает существенное вли­ яние на напряжения. Можно возразить, что определение

величин о{ и е; требует экспериментов и расчетов. Действи­ тельно, пока в литературе мало справочных данных1

1 Интенсивность напряженного состояния (как это указывалось выше) в наибольшей мере приближается к критерию, выведенному Н. Н. Зоревым для расчета проекций силы резания, а именно к вели­ чине сопротивления обрабатываемого материала сдвигу, определяемой, в свою очередь, через работу пластического деформирования.

250

по этим зависимостям. Однако по данным статических

испытаний на разрыв (при е£^ 10~ 3 с- 4) приближенно может быть определена (по методике работы [57 ] )величина

^ i C T -

Скорость деформации при резании, как и усадка стружки, для разных условий резания изменяются в опре­

деленных пределах (т] = 5-ь6, ег = 104-ь 105 с-1 ). Экспе­

риментальные зависимости ст£ (ег-), приведенные в работе [601 (см. рис. 24), свидетельствуют, что за критическими скоростями деформации (е£т ^ 10°-ь 101 с" 4) напряжения

очень медленно возрастают при увеличении деформаций, и ошибка в определении скорости на два порядка (в 100 раз) дает 10—20% ошибки в определении значения а£.

е« уез

(в то же время эта величина сильно возрастает до крити­ ческой скорости деформации е£т и отличается от аь для

высокой температуры в несколько раз). Переход от вели­ чины ст(ст к аг. можно рассчитать по методике Л. Д. Со-

6,рез колова [60]. Таким образом, можно приближенно опре­

делить интенсивность напряжений в процессе резания.

Определение коэффициентов k ± и k 2 (при постоянном значении износа по задней грани /3) в формуле (6) произ­ водится на базе анализа картины пластического течения

взоне деформации. Однако зависимость коэффициентов k x

иk 2 от углов Р и может быть приближенно выражена при небольших колебаниях коэффициента усадки стружки через передний угол инструмента, который обычно изве­

стен. Тогда приближенные значения коэффициентов k x и k 2 выражаются через известный параметр — передний угол инструмента. Таким образом, формула (6) может применяться с той или иной степенью точности для коли­ чественной оценки степени относительной обрабатывае­ мости разных сталей резанием.

Радиальная сила резания в формуле (6) является вели­ чиной, определяющей режимы резания и зависящей от точности заготовок, требуемой точности готовой детали и допускаемых, упругих перемещений .инструмента в си­ стеме с п и д .

Выше уже были обоснованы положения, на базе кото­ рых и построена исследуемая зависимость, — это учет влияния радиальной силы (той или иной величины в за­ висимости от конкретных технологических условий) на

251

упругие перемещения инструмента. Поэтому изменение допустимых по точности обработки колебаний радиаль­ ной силы эквивалентно изменению большого количества переменных технологических факторов (точности заготовки, готовой детали, элементов системы СПИД), что соответ­ ственно скажется на изменении относительной произво­ дительности процесса обработки, которое может быть определено (с той или иной точностью) по формуле (6). Анализ конкретных технологических изменений процесса обработки, связанный с изменением радиальной силы (при неизменной жесткости системы СПИД), таким обра­ зом может быть пересчитан на то или иное изменение про­ изводительности обработки.

В общем случае в зависимости от характера выполняе­ мой операции факторы, ограничивающие производитель­ ность обработки, могут быть самыми разнообразными и соответственно силы, вызывающие эти ограничения, могут быть разных направлений и величин, а не только Ру. Возникает задача учета этих сил (по интересующим на­ правлениям), которые достигают предельно допустимых значений и ограничивают дальнейшее увеличение про­ изводительности, например, это может быть ограничение по мощности станка для обдирочных работ неточных де­ талей. В этом случае расчет производительности процесса выполняется по тангенциальной силе. В другом случае, например, при обработке глубоких отверстий небольшого диаметра с управлением процессом по подаче. Последняя регулируется так, чтобы сохранять постоянным крутящий момент предельно допустимый прочностью сверла. Тогда расчет подачи ведется по Рг, с учетом постепенного износа инструмента /3, что также отражено в зависимости (30). И хотя в общем случае за время цикла обработки резуль­ тирующая сила резания как векторная величина непре­ рывно изменяется (в определенных пределах) по величине и направлению от действия многих переменных факторов (колебания припуска, биения режущих элементов инстру­ мента—фрезы, круга—или изменения свойств материала), ограничение производительности в реальных условиях обработки происходит по немногим технологическим тре­ бованиям, связанным с действием силы в каком-либо определенном направлении. Даже при ограничении про­ изводительности процесса из-за сильного тепловыделения (прижоги, потеря стойкости инструмента) требуется умень­ шение мощности тепловыделения, т. е. силы резания.

252

Предложенная методика расчета производительности по силе резания, предельно допустимой системой СПИД, позволяет определить степень количественного влияния того или иного технологического фактора на изменение производительности и рассчитать программу управления процессом по тому или иному параметру, от которых зависит производительность. Так, например, рассчитан­ ная по допустимому прогибу нежесткой детали радиаль­ ная сила может быть использована для расчета макси­ мальной подачи. Кроме этого, при проектировании спе­ циальных станков с системами автоматического управле­ ния могут быть рассчитаны диапазоны изменения сил для выбора датчиков и их точности, или изменения диа­ пазона подач по мере износа инструмента, а также полу­ чены другие расчетные параметры управления различ­ ными видами обработки.

Последний член формулы (6) учитывает влияние износа (по времени) инструмента по задней грани на произво­ дительность обработки, а расчет силы, возрастающей по мере затупления инструмента, учитывает возможность его поломки при перегрузках.

Сложна и разнообразна зависимость интенсивности износа инструмента от многих факторов — свойств обра­ батываемого материала и инструмента, режимов резания, состава СОЖ и коэффициента трения, времени работы, причем с изменением степени износа во времени пере­ распределяются составляющие сил резания и изме­ няется угол р, а следовательно, и коэффициенты k 1 и k 2. Поэтому при расчете текущего изменения производитель­ ности от изменения износа требуется выполнить анализ взаимосвязи k ±и k 2 с /3, который не затрагивался в насто­ ящей работе. Также не разбирались подробно связи сил резания и износа инструмента с другими показателями процесса обработки (см. схему логических связей — рис. 97).

Здесь показана лишь возможность количественного учета потенциального влияния многих факторов на отно­ сительную производительность процессов механической обработки. Это влияние можно учитывать вводя в формулу

(6) теоретические или эмпирические зависимости иссле­ дуемого фактора с входящими в формулу переменными [т. е. Р = f (х , у) и т. д. или 13 = / (х , у) и т. д.]. В рассма­ триваемой формуле охвачены лишь самые общие техно­

логические связи с большим количеством допущений.

253

П Р И Л О Ж Е Н И Я

ВЫБОР РЕЖИМОВ КРУГЛОГО И БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ

255

Круглое наружное шлифование с радиальной подачей

Карта 3. Материал абразивного зерна, твердость и связка круга назначаются в зависимости от шлифуемого материала и его твердости, а также принятой скорости круга. Зернистость выбирается в зависи­ мости от требуемой чистоты поверхности. Режимы шлифования, при­ веденные в карте 4, лист 1, соответствуют работе кругами твердости С1—С2. При работе кругами, твердость которых отличается, от твер­ дости С2—С1, вводится поправочный коэффициент на минутную попе­ речную подачу.

Карта 4. Минутная поперечная подача st отределяется в зависи­ мости от диаметра шлифуемой детали, длины обрабатываемой поверх­ ности и припуска. Частота вращения детали выбирается в зависимости от диаметра детали и твердости шлифуемого материала для условий бесприжогового шлифования. При одновременном шлифовании не­ скольких шеек вала на многокамневых станках режимы резания выби­ раются для наибольшего диаметра шейки.

Поправочные коэффициенты (карта 4, лист 2). Найденная stu

соответствует следующим условиям обработки: шлифуемый материал первой группы обрабатываемости (карта 1); круг твердости С1—С2, диаметр шлифовального круга 600 мм, шлифование свободной (без радиусов и буртов) поверхности, отношение расстояния от шлифуе­ мой шейки до опоры к диаметру ^ 7 , подача ручная, измерение произво­ дится накидной индикаторной скобой, класс чистоты V7, точность обработки 2-й класс при скорости круга ок = 35 м/с. Для измененных условий шлифования вводятся поправочные коэффициенты на подачу kS(ti и km. Для шлифования по 1-му классу точности и 8-му классу

чистоты нормативами предусмотрена правка алмазными инструментами (карандашами марок С и Ц), а для точности 2-го класса и грубее и чи‘ стоты поверхности от 7-го класса и ниже — безалмазная правка абра­ зивными кругами (типа 54С80-125ЧТК).

Основное время подсчитывается по формуле.

Карта 5. Проверка мощности, потребной на шлифование, произво­ дится путем сопоставления мощности станка с мощностью на резание, рассчитанной по карте 5. Мощность шлифования определяется по диа­ метру, длине шлифования, группе обрабатываемости и минутной попе­ речной подаче stM с учетом поправочных коэффициентов на скорость,

твердость круга, группу обрабатываемого материала.

Кроме того, по скорости детали, твердости, ширине круга и удель­ ной мощности проверяется возможность появления прижогов и при необходимости изменяется частота вращения в детали или снижается

величина S/ .

‘ м

256 .

Бесцентровое шлифование с радиальной подачей

Карта 6. Материал абразивного зерна, твердость и связка круга назначаются в зависимости от шлифуемого материала и его твердости, а также принятой скорости круга. Зернистость выбирается в зависи­ мости от требуемой чистоты поверхности. Режимы резания, приведен­ ные в карте 7, лист 1, соответствуют работе кругами твердости С1—С2. При работе кругами, твердость которых отличается от С1—С2, вводятся поправочные коэффициенты на подачу (карта 8).

Карта 7. Минутная поперечная подача s;m определяется в зависи­

мости от диаметра шлифуемой детали, длины обработки и припуска. Частота вращения детали определяется в зависимости от диаметра де­ тали и твердости шлифуемого материала для условий бесприжогового шлифования. При одновременном шлифовании нескольких шеек вала на многокамневых станках режимы резания выбираются для наиболь­ шего диаметра шейки.

Поправочные коэффициенты (карта 7, лист 2). Найденная вели­ чина st^ соответствует следующим условиям обработки: шлифуемый

материал относится к первой группе обрабатываемости (карта 1), круг твердости С1—С2, диаметр шлифовального круга 600 мм, точность

условий шлифования вводится поправочный коэффициент на подачу st

Для шлифования по 1-му классу точности и 8-му классу чистоты поверхности нормативами предусмотрена правка алмазными инстру­ ментами (карандашами марок С и Ц), а для точности 2-го класса и гру­ бее и чистоты поверхности от 7-го класса и ниже — безалмазная правка абразивными кругами (типа 54С80-125ЧТК).

Основное время подсчитывается по формуле.

Карта 8. Проверка мощности, потребной на шлифование, произ­ водится путем сопоставления мощности двигателя с мощностью на резание, рассчитанной по карте 8. Мощность шлифования определяется по диаметру, группе обрабатываемости, длине шлифования и минутной поперечной подаче с учетом поправочного коэффициента на скорость и твердость круга.

Кроме того, по скорости детали, ширине круга и удельной мощ­ ности проверяется возможность появления прижогов и при необходи­ мости изменяется частота вращения детали или снижается St

17 Корчак