Шпоры резание

ленту, в которой отдельные ее элементы не вооруженным глазом трудно различимы и не просматриваются. В отличие от процесса образования стружек скалывания, в сливных стружках деформация смятия происходит одновременно со сдвигом элементов. Как только произойдет его сдвиг, на плоскости сдвига металл упрочнится и элемент остановится, прекратит свое движение по плоскости скалывания. При остановке он снова сминается движущимся инструментом, площадка смятия у основания элемента увеличивается, сила P_см становится больше Р_ск и элемент вновь сдвигается. И так происходит в течение всего времени образования стружки. Процесс образования стружки здесь не заканчивается в зоне сдвига. При образовании сливных стружек процесс формирования их продолжается в течение всего времени движения по передней поверхности режущего инструмента.

При образовании сливной стружки происходит пластическое деформирование обработанной поверхности. В процессе резания обработанная поверхность становится более твердой. При нагреве в процессе заготовки, термообработки это упрочнение исчезает, происходит разупрочнение поверхности.

18, При резании пластичных металлов с большими скоростями резания резцами с большими передними углами и при срезании

слоя металла средних и малых толщин пластическая деформация в пределах угла действия ψ протекает более равномерно и связанные с ней внутренние напряжения тоже распределяются более равномерно по всему деформируемому объему. Следовательно, отсутствуют условия для периодически повторяющихся через равные интервалы рабочего пути резца нарастаний напряжений, приводящих к образованию стружки скалывания. Материал срезаемого слоя подвергается равномерной пластической деформации на всем пути рабочего движения резца. Срезаемая стружка имеет вид непрерывной ленты, на верхней и обеих боковых сторонах которой видны следы пластической деформации в виде мелких заостренных выступов. Стружки такого типа называются сливными.

19, Степень пластической деформации металла в процессе стружкообразования принято оценивать усадкой стружки, т.е. сопоставлением продольных и поперечных размеров срезаемого слоя и стружки, образовавшейся после срезания этого слоя. Пластическая деформация состоит в непрерывном последовательном перемещении элементарных объемов массы металла в направлении плоскостей сдвига. В результате пластического деформирования металла в процессе стружкообразования

длина l₂ срезанной стружки меньше длины l₁ срезанного слоя, а толщина a₂ и ширина b₂ стружки, наоборот, больше толщины a₁ и ширины b₁ срезаемого слоя. Таким образом, продольная усадка стружки ζ_l=l₂/l₁$≤1; поперечная усадка стружки ζ_ф=a₂/a₁≥1; уширение стружки ζ_b=b₂/b₁≥1; наиболее часто степень пластической деформации метала в стружке принято оценивать коэффициентом усадки K_l – величиной, обратной продольной усадке ζ_l::K_l=l₁/l₂=1/ζ_l>1. длина l₂ стружки обычно измеряется с помощью гибкой нити, прилегающей к гладкой поверхности куска стружки между точками А и Б. боле точные результаты могут быть получены, если длину l_2ср измерять по средней линии куска стружки между точками А₁ и Б_1.

При изучении усадки стружки не всегда известна длина l₁ слоя, после срезания которого образовался наличный кусок стружки. В таких случаях исходят из положения, что при пластическом деформировании сплошность метала не нарушается и, следовательно, плотность ρ исходного металла и деформированного металла стружки остается постоянной. При одинаковой плотности масс стружки m_стр некоторой длины равна массе соответствующего объема срезанного слоя m_сл. Масса стружки может быть найдена

взвешиванием, например, на аналитических весах. Масса срезаемого слоя связана с параметрами его поперечного сечения уравнением m_сл=abl₁ρ, где a и b – соответственно толщина и ширина срезаемого слоя, мм, а ρ обрабатываемого металла, выраженная в г/мм³. массу срезаемого слоя можно выразить через параметры режима резания: m_сл=Stl₁ρ, где S –подача,; t –глубина резания. Следовательно, длина срезаемого слоя, из которого образовалась измеренная стружка, определяется выражением l₁=m_сл/(Stρ)., а ее продольная усадка ζ_l=l₂/l₁=l₂Stρ/m_стр. метод определения усадки стружки, полученной при заданных режимах S и t, измерением ее длины и массы взвешиванием принято называть весовым методом.

21, В процессе резания на невысоких скоростях обработки на режущей кромке образуется твердые частички материала, которые постепенно увеличиваются в размере, достигают максимальной величины и срываются с режущей кромки. Явления образования этого клина называется процессом наростообразования.

Нарост в 2-3 раза лучше может резать материал. Нарост – это заторможенный на передней поверхности граничный слой деформированного при резании металлов. Это частички металла, спрессованные с ходящей стружки и приварившиеся к передней

поверхности. Твердость клина в 2-3 раза больше твердости обрабатыв материала. 3-300 образований в секунду.

«+»:

1) γф>γз облегчается процесс резания;

2) уменьшается износ режущего инструмента, т.к. нарост предохраняет режущую кромку;

3) уменьшается температура режущего инструмента;

4) смещается центр давления стружки т режущей кромки;

Вывод: нарост желателен при черновой обработке с большими припусками.

"-":

1)нарост ухудшает шероховатость обработанной поверхности вследствие нароста образуются чешуйки; 2)периодический срыв нароста приводит к колебанию силы резания, появляется вибрация;

3) уменьшается точность обработки.

Вывод: при чистовой обработке нарост не желателен и не допускается.

22, Образование наростов при резании конкретного металла зависит от режимов резания, а точнее от соотношения подачи и скорости резания.

В координатах скорость резания – подача разделительная линия имеет вид монотонной кривой, которая аппроксимируется гиперболой

S=c/v, где S – подача, v – скорость резания, с – параметр. На рис. Приведены кривые границы возникновения наростов при различных сочетаниях подачи и скорости резания для двух обрабатываемых материалов – конструкционной углеродистой тали 45 (кривая 1) и нержавеющей стали 0Х12НД (кривая 2).эти кривые разделяют поле s-v для каждого обрабатываемого металла на 2 зоны – зоны существования и зоны отсутствия наростов. Если подача S выражена в мм/об, а скорость резания v в м/мин, то для стали 45 параметр с=10, а для стали 0Х12НД с=4. при Sv<c стружкообразование сопровождается развитием нароста, а при Sv>c наросты не образуются. Зона режимных параметров, в которой Sv<c, условно называется первой зоной, а зона, где Sv>c, второй зоной. Так как процессы деформации обрабатываемого металла в зоне стружкообразования имеют одну и ту же физическую основу не только при

токарной, но и при остальных методах обработки резанием, то явление наростообразования следует ожидать и на рабочих лезвиях других режущих инструментов.

Металлографическое исследование корней стружек, срезанных со стальных заготовок некоторыми видами режущих инструментов, подтверждают справедливость общей закономерности, выражающейся в том, что имеет место наростообразование, если выполняется неравенство Sv<c. Так, обработку конструкционных сталей фасонными резцами обычно ведут со скоростями резания 30..50 м/мин и подачами 0,02..0,05 мм/об. Таким образом, мы видим, что при всех режимах резания выдерживается условие Sv<c=10 и точение фасонными резцами ведется в зоне устойчивого наростообразования.

То же касается разверток, которые работают со скоростями резания 10..30 м/мин и каждый их режущий зуб срезает слой толщиной a_z=0.01//0.1 мм.

Протяжки обычно работают со скоростями резания 1..10 м/мин, причем каждый ее рабочий зуб срезает слой толщиной

a_z=0.01..0.1 мм. нарост в этих условиях весьма развит и соизмерим по своим размерам с толщиной срезаемой стружки.

Киносъемка процесса резания протяжками

показывает, что нарост образуется при срезании лезвиями инструмента исключительно тонких слоев (a_z=0.003//0.008 мм.). нарост опирается на округленную режущую кромку, причем радиус ее округления больше толщины срезаемого слоя.

Методы борьбы:

1) чем >S, тем больше толщина срезаемого слоя, высота нароста увеличивается;

2) γ увеличивается – способствует меньшему торможению стружки – нарост уменьшается;

3) применение СОЖ – коэффициент трения уменьшается – нарост уменьшается;

4) влияние обрабатываемого материала. Для уменьшения нароста применяют дополнительную обработку;

5) доводка передней поверхности с помощью алмазного инструмента.

6) при V>100 м/с нароста нет! т.к. скорость слишком велика

23, Для того чтобы осуществлялся процесс резания необходимо преодолеть сопротивление резания, которое оказывает обрабатываемый материал.

1) сопротивление упругой деформации;

2) сопротивление пластической деформации;

3) трение по передней и задней поверхности;

4) сопротивлен. при скалыв. Струж. Все факторы складываются и образуют силу резания, чтобы ее преодолеть производят расчет мощности привода металлорежущего станка.

P_z – тангенциальная сил резания, совпадает с направлением скорости резания

P_y – радиальная сила

резания – действует

от центра заготовки до резца

P_x – осевая сила резания – направлена вдоль оси заготовки

R – результирующая всех сил

R=√P_y²+P_z²+P_x²

Мощность резания: N=Pz*Vф/(1020*60)

где Pz = 10* C_p * t^x * S^y *V_фⁿ *K_p

V_ф=п*D*n_ст/1000

Сравниваем полученную величину мощности резания с мощностью главного привода станка.N_рез<ηN_cт.

Следовательно, мощность резания, необходимая для осуществления обработки, меньше мощности на шпинделе, т.е. резание возможно.

24, Расчет величины составляющих силы резания для практических целей ведется по эмпирическим формулам с использованием данных справочной литературы.

Расчет составляющих силы резания: осевой составляющей, радиальной и главной составляющей силы резания производится по эмпирическим формулам

P_X=CP_x^.t^XPx.s^Ypx.v_p;

P_Y=CP_y^. t ^Xpy. s^Ypy. v_P;

P_Z=CP_z^.t^XPz.s^Ypz.v_P;

1) на резец; P_x изгиба

ет резец в горизонтальной плоскости, пытаясь вырвать его

2) на станок:P_z пытается остановить действие станка; P_y – оказывает влияние на детали коробки передач; P_x – оказывает воздействие на переднюю , заднюю бабку станка

3) действие на деталь; P_y пытается отодвинуть деталь и загнуть ее в горизонтальной плоскости

25, P_y – радиально составляющая сила резания – изгибает обрабатываемую заготовку в горизонтальной плоскости, что может служить причиной снижения точности обработки длинных заготовок, а также вызывает нежелательные вибрации;

P_x – осевая составляющая силы резания – равна сопротивлению обрабатываемого металла врезанию резца в направлении подачи S и действующих в этом направлении сил трения. Значение осевой составляющей необходимо знать при расчетах на прочность опор шпинделя и механизма подачи станка;

P_z – вертикальная (главная) составляющая силы резания – равна суммарному действию сил

сопротивления металла срезаемого слоя пластической деформации стружкообразования, разрушения, связанного с образованием новых поверхностей, изгиба стружки и сил трения , действующих в направлении оси z.

Все прочностные и мощностные расчеты ведутся по максимально достигаемым значениям составляющих силы резания. Из написанных выше соотношений между ними следует, что наибольшей из составляющих является вертикальная составляющая P_z и, следовательно, она в основном определяет ход процессов, протекающих в зоне стружкообразования.

Геометрия:

1) ув γ→ ум σ → ум P_z,P_x,P_y

2) ув α→ ум h_з→ ум P_z

3) ув φ→ ум b → ум P_z

4) ув λ→ув P_z → ув δ

5) ув r → ув P_z

6) СОЖ →ум P_z

7) инструментальные материалы→ ум P_z

8) ув h_з→ ув P_z

9) ув HRC→ ув P_z

26, Pz = Cp_z* t^Xpz * S^Ypz * V^npz * Kp_z

Py = … Px = …(см. на обратн. стороне)

где С_p – постоянная, характеризующая стандартные условия резания;

X, Y, n – показатели степени при глубине

резания t, подаче S и фактической скорости резания V_ф. Xpz ~ 1, Ypz ~ 0.75, npz~ - 0.15

К_р – поправочный коэффициент, учитывающий реальные условия резания. Он состоит из произведения ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:K_p = K_MP * K_φP * K_γP * K_λP * K_RP

20, В общем случае поверхность трения на передней поверхности шириной с состоит из двух участков: участка I (пластического контакта) шириной c₁ и участка II (упругого контакта).

На участке I расположен заторможенный слой, в пределах которого стружка движется не по передней поверхности, а по заторможенному слою, и сопротивление, оказываемое движению стружки, оп­ределяется сопротивлением сдвигу в контактном слое стружки. На этом участке внешнее трение скольжения отсутствует и заменяется

«внутренним» трением между отдельными слоями стружки. На участке II стружка контактирует непо­средственно c передней поверх­­ностью. Здесь осуществляется внешнее трение скольжения, и сопротивление дви­жению стружки определяется силой трения между стружкой и передней поверхностью. Ширина c₁ пластического кон­такта зависит от переднего угла инструмента, толщины срезаемого слоя и коэффициента усадки стружки. Формула определения ширины пластического контакта с₁ = a [K_L(1 – tg ) + sec ],( Абу­ладзе) из которой видно, что с₁ растет при увеличении K_l и а и уменьшается при увеличении угла . Если инструмент имеет угол наклона лезвия, то при увеличении угла  ширина пластического контакта уменьшается. Отношение не пре­вышает 0,7 и для обычных конструкционных материалов чаще всего составляет 0,5. Эпюр касательных контак­тных напряжений _Fп имеет экстремальный характер. На участке I вначале по мере удаления от лезвия напря­жения _Fп возрастают, достигают максимума, а затем начинают уменьшаться. На участке II ка­са­тельные напряжения непре­рывно уменьшаются до нуля.

Суммируя в пределах

площадки контакта

нормальные

контактные

напряжения,

получим среднюю

нормальную силу N,

которую можно

считать приложенной на расстоянии с/4 от лезвия инструмента. Суммируя контактные касательные напряжения, получим среднюю силу трения F(см. рис. План сил на пред. шпоре)

При свободном резании с углом  = 0 силы N и F можно определить, если будут известны действующие на срезаемый слой сила совпадающая с вектором скорости резания, и сила ей перпендикулярная (см. рис. 57). Равнодействующая сил и является силой стружкообразования Р, наклоненной к направлению резания под углом

действия  = arctg. На основании рис

(плана сил)имеем: Средний коэффициент трения  вычисляется на основании закона трения Амонтона:

F = /N tg( + ). Таким образом, угол трения  на передней поверхности связан:

 =  + . Из формулы следует, что при постоянном переднем угле инструмента угол действия увеличивается при росте среднего коэффициента трения (угла трения). Таким образом, интенсивность трения на передней поверхности через угол действия оказывает влияние на деформационные процессы, происходящие в срезаемом слое.

27, Найти значения параметров можно лишь экспериментально, выполнив непосредственные измерения силы P специальным динамометром.

Гидравлические динамометры.

Принципиальная схема гидравлического измерительного устройства показана на рис

На лезвие резца действует вертикальная составляющая сила P_z силы резания. Нижней опорной плоскостью резец через шарик 2 опирается на поршень 3. задним концом державка резца через шарик 1 опирается на неподвижную опору корпуса динамометра. Сила P₂, действующая на поршень, больше измеряемой составляющей силы P_z в l₁/l₂ раз, т.е.P₂= P_zl₁/l_2. Поршень 3 с силой P₂ давит через гибкую прокладку 4 на жидкость, заполняющую емкость 5. давление в жидкости p= P₂/A. Где А – площадь поршня 3, и передается через отводную трубку 6 на изогнутую трубчатую пружину 7. под действием давления упруго деформируемая пружина разгибается и через рычаг 9, соединенный с ней шарниром 8, перемещает вверх стрелку 10 с пером 11. перо, отклоняясь, оставляет на движущейся слева направо бумажной ленте 12 запись. Отклонение

Н пера в любой точке записи пропорционально

силе P_2. по отклонению пера, измеряемому в единицах длины (мм), с помощью тарировочного _{графика} или таблицы находят значение составляющей силы

P_z= P₂l₁/l_2.в единицах силы (КН).

На ленте регистрирующего устройства трехкомпанентного гидравлического динамометра стрелки трех автономно действующих измерительных устройств производят записи для составляющих P_x, P_y, P_z.

Электрические тензометрические динамометры.

Принципиальная схема электрического измерительного устройства показана на рис.

Здесь базирование резца и силы P_x, P₁, P₁ , действующие на него, такие же, как для гидравлического динамометра, и, следовательно, на упругий измерительный элемент 1 оказывает воздействие сила

P₂= P_zl₁/l_{2. на упругий} элемент 1 наклеен тензометрический датчик 2. при наклейке датчика на упругий элемент его ориентируют

Т. О., чтобы направлен. участков проволоки с большей протяженностью совпадало с направлен. ожидаемых упругих деформац. Для измерения сопротивлен. датчика используется мостовая схема из сопротивления R1, R2, R3, R4, в которую датчик сопротивлением R1 подсоединяется в качестве 1-ого из плеч моста. Упругая деформ. измерительного элемента 1 и, следовательно, наклеенного на нем датчика приводит к изменению сопротивлением R1 датчика и нарушению баланса моста, питаемого напряжением от источника 3. возникает разность потенциальных между точками А и Б моста, значение которой пропорцианально изменению сопротивления R1 датчика, соответствующему деформации упругого элемента под действием силы P₂ю Подсоединенный к точкам А и Б моста усилитель 4 усиливает сигнал разбаланса, который затем поступает на регистрирующий прибор 5. отклонение Н на ленте 6, зафиксированное при резании, может быть пересчитано в значение действующей силы резания P_z согласно предварительно проведенной тарировке.

Токарные динамометры за счет конструктивного исполнения и использованием описанной схемы замера одной составляющей силы резания обеспечивают одновременную запись всех трех составляющих P_x, P_y, P_z.

28, Для разрушения материала срезаемого слоя и превращения его в стружку необходимо затратить определенное количество энергии и произвести работу резания. В общем виде работа резания складывается из работы упругой А_упр и пластической А_пл деформации, работы скалывания и сдвига элементов стружки по плоскости сдвига А_сд, работы трения по передней А_т.п и задней А_т.з поверхностям инструмента. Можно записать для работы резания, что А = А_пл + А_упр + А_сд + А_т.п + А_т.з Работа и мощность, затрачиваемые на резание, зависят от действующих составляющих силы резания и скорости резания. Мощность, затрачиваемую на резание, называют эффективной мощностью. Она учитывает действие всех трех составляющих силы резания. Поэтому можно записать: N_e = N_z + N_y + N_x. Если выразить силу в килоньютонах, скорость в м/мин, то мощность получим в киловаттах, подставив в формулу значения силы и скорости резания: N_е = Р_z  V/1020  60 + P_x  S  n/60  1000  1020 + P_y  V_y/60  1020. В направлении силы Р_у (при отсутствии вибраций) движение не совер­шается, а поэтому скорость и мощность равны нулю. Осевая составляющая Р_х достаточно мала и мощность от ее воздействия составляет 1…2 %, поэтому в расчете эффективной мощности P_x

не учитывается. Отсюда получим (кВт): N_е = Р_z  V/1020  60. Знание требуемой эффективной мощности необходимо для определения возможности резания данной заготовки на данном станке, имеющем заданную мощность привода N_э.д. С учетом коэффициента полезного действия кинематических цепей станка  потребная мощность электродвигателя станка N_э.д может быть определена по формуле N_э.д = N_е/.

29, В зоне стружкообразования можно

выделить зоны, в

которых в результате

контактного

взаимодействия и

деформаций

обрабатываемого

материала происходит

генерирование

теплоты. В результате

силового воздействия

лезвия резца металл срезаемого слоя при пересечении плоскости скалывания 1-2-3-4 (рис.) подвергается пластической деформации и разрушению, характреным для металлов, образующих сливную стружку или стружку скалывания, или хрупкому разрушению, характерному для металлов, образующих стружку надлома. Почти вся механическая работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение

Q=Q_д+Q_тп+Q_тз металла в процессе стружкообразования, составляет первый источник выделения теплоты Q₁.

Область генерирования этой теплоты охватывает зону наибольших пластических деформаций, т.е. плоскость скалывания.

Срезанная стружка, скользя по передней поверхности лезвия резца со скоростью v_стр=ζv, где ζ – усадка стружки, v- скорость резания, преодолевает сопротивление силы трения P_тр.п.. Механическая работа силы трения, распределенной по контактной площадке 1-2-5-6 на передней поверхности лезвия (рис. нижний), может быть найден как А_тр.р=Р_тр.пvζt, где t – время осуществления процесса резания. Работа сил трения на передней поверхности лезвия резца является вторым источником выделения теплоты Q₂. область генерирования этой теплоты – контактирующие друг с другом прирезцовая поверхность стружки и передняя поверхность лезвия инструмента. Задняя поверхность лезвия резца, ограниченная контуром 1-2-7-8 в процессе резания скользит по воспроизводимой лезвием поверхности резания со скоростью резания v, преодолевая силу трения Р_тр.з. Работа сил трения А_тр.з.=Р_тр.з.vt осуществляется по задней поверхности лезвия, находящейся в контакте с поверхностью резания. работа сил трения по задней поверхности лезвия инструмента является

третьим источником теплоты Q₃ выделяющейся при резании.

Непосредственными измерениями установлено повышение микротвердости в металле, прилегающем к плоскости скалывания (на рис. Заштрихованный участок обрабатываемого металла)

Повышение микротвердости указывает на то, что силовое поле, действующее в плоскости скалывания 1-2-3-4 распространяется также на некоторый, прилегающий к ней объем металла и вызывает в нем пластическую деформацию, приводящую к росту внутренних остаточных напряжений. Работа, затраченная на пластическую деформацию металла перед плоскостью скалывания, является четвертым источником теплоты Q₄.

30, Под тепловым балансом резания понимается равенство теплоты, выделяющейся в зоне резания, и теплоты, удаляемой из нее за тот же промежуток времени. Таким образом, в каждое мгновение при резании должно иметь место равенство приходной и расходной частей : Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=q₁+q₂+

+q₃+q₄+q₅ . это выражение называется уравнением теплового баланса. Изменение условий резания приводит к изменению соотношения составляющих приходной и расходной частей уравнения теплового баланса.

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. Для практических целей наибольший интерес представляет температура рабочей части инструмента и обрабатываемой заготовки. Тепло, переходящее в заготовку, увеличивает ее температуру и вызывает температурное изменение ее размеров и коробление, подчас являющееся причинами брака.

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.

31, На рис. представлено изменение температуры _x для различных точек площадки контакта на передней поверхности инструмента. Максимальная температура соответствует точке, лежащей прибли­зительно на половине ширины площадки контакта. К лезвию и к кон­цу площадки

температура

убывает. На

площадке

контакта

задней

поверх­ности

инструмента

с поверхностью

резания

температура распре­деляется также неравномерно. Поэтому под температурой резания  понимают среднюю температуру на поверхности контакта инстру­мента со стружкой и поверхностью резания. Если через _п.ср и _з.ср. обозначить средние температуры на площадках контакта передней и задней поверхностей, то температура резания  = (_п.ср.с + _з.ср.с₂)/(с + с₂).

Температуру резания иногда называют средней температурой кон­такта. На основании измерений получена формула, связывающая температуру резания с толщиной, шириной срезаемого слоя и скоростью резания при работе различными инструментами:

 = C_V ^maⁿb^q. Коэффициент C_ в формуле зависит от рода и механических свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. Измерение температуры резания при увеличиваю­щемся отношении b/a также