1.2.3. Основные направления исследований в технологии машиностроения.Исследования ведутся по двум основным направлениям:
исследования технологических процессов формообразования поверхностей резанием, пластическим деформированием и использованием электро- и физикохимических способов обработки;
исследования технологических процессов формообразования поверхностей комбинированными и другими способами (резанием с ППД; резанием с вибрациями; резанием с УЗК; резанием с подогревом; резанием с введением тока высокой плотности и др.).
По каждому из этих направлений исследования посвящены изучению:
- закономерностей пластического деформирования и сил резания, возникающих в процессе обработки;
температуры резания;
износа и стойкости инструмента;
качества обработанной поверхности (шероховатости, волнистости, наклепа, остаточных напряжений);
эксплуатационных характеристик обработанных поверхностей.
По всем направлениям исследований следует изложить их сущность, отметить, что разработаны методики, позволяющие проводить измерения (прямые или косвенные) исследуемых параметров.
1.3. Основные направления исследований в технологии машиностроения
1.3.1. Исследование технологических процессов формообразования поверхностей. В данном направлении при изучении способов обработки с удалением материала проводятся исследования, на основе которых устанавливаются закономерности стружкообразования, пластического деформирования срезаемого слоя, механики процесса стружкообразования, контактные процессы на поверхностях режущего клина, тепловые явления в процессе обработки, взаимосвязь явлений в процессе резания и другие.
В большинстве своём эти исследования относятся к теоретико-экспериментальным. В основу теоретических исследований могут быть положены различные теории стружкообразования, и в зависимости от принятой теории получают лучшее или худшее приближение к результатам эксперимента.
И хотя вопросы пластического деформирования при резании металлов рассмотрены достаточно полно, всякий раз, когда речь идёт о новых способах обработки и использовании новых режущих инструментов, приходится иметь дело с такими исследованиями для выявления специфических особенностей изучаемого процесса, отличительных признаках и возможности использования известных классических соотношений и закономерностей к рассматриваемому процессу.
Поэтому в учебном пособии рассматриваются наиболее общие, ставшие классическими, методики теоретических и экспериментальных исследований закономерностей процессов формообразования поверхностей. На основе этих методик и полученных с их помощью теоретико-экспериментальных и математических моделей механики процесса резания будут определены силы резания. Будет изложена методика и показана как на базе экспериментального исследования сил резания можно установить эмпирические зависимости для их определения с учётом конкретных условий обработки.
В основу исследования закономерностей пластического деформирования при резании металлов, как указывалось выше, принимают определенную схему стружкообразования. Существует две схемы стружкообразования. Одна из них – схема с единственной плоскостью сдвига, а вторая – с зонами первичной и вторичной деформаций. При использовании простейшей схемы относительный сдвиг в обрабатываемом материале как показатель степени пластической деформации определяется соотношением
,
где Кl- коэффициент усадки стружки,
- передний угол резца.
На основе этой зависимости по величине усадки стружки Klи величине угла сдвига
tg
=
определяют силы на поверхностях резца, а также составляющие силы резания, направленные по осям z, х, у (по направлению скорости главного рабочего движения, продольной подачи и поперечной подачи соответственно).
С учётом этих зависимостей определяют также работу резания и все её составляющие, включая удельную работу деформирования, касательные напряжения и работу трения на рабочих поверхностях инструмента. Последняя определяет тепловыделение и интенсивность изнашивания инструмента по передней и задней поверхностям.
1.3.2. Определение условий формообразования поверхностей и оптимизация геометрических параметров инструментов. Такие исследования направлены на установление связи параметров срезаемого слоя с геометрическими параметрами режущего клина, установление закономерностей и геометрии износа, изучение характера изнашивания, выявление закономерностей разрушения режущего инструмента и установление критериев его износа.
На основе выявленных общих закономерностей изнашивания инструмента проводится оценка его стойкости и устанавливаются связи между стойкостью и параметрами среза, величинами скорости, подачи и глубины резания, а также величинами рабочих углов режущей части инструмента.
Исследования износа и стойкости режущих инструментов, как правило, являются экспериментальными. Методики этих исследований отработаны, хорошо апробированы, однако на данном этапе развития вычислительной техники и средств измерения, ориентированных на использовании ЭВМ, эти методики могут быть представлены на современном уровне, значительно усовершенствованы и доведены до уровня промышленно применяемых. Они будут рассмотрены ниже и изложены с учётом указанных достижений.
В основу экспериментального исследования стойкости инструмента Т, т.е. времени его работы до величины износа, соответствующего критерию затупления инструмента, представлена задача получения эмпирической зависимости для определения скорости резания, допускаемой инструментом
V
=
где Сv, Кv, хv, уv, m – эмпирические коэффициенты и показатели степени.
1.3.3. Исследование качества обработанных поверхностей. Включает теоретическую и экспериментальную оценку шероховатости обработанной поверхности с учётом геометрии режущего (формообразующего) инструмента, а также оценку шероховатости эмпирическими зависимостями, учитывающими, кроме геометрии инструмента, режимы резания и наростообразование.
К исследованиям качества относятся также исследования по оценке глубины и степени наклёпа, а также исследования остаточных напряжений.
Теоретически высота неровностей, например, при точении проходами резцов с углами в плане и 1 при подаче S определяется соотношением
Rz
=
.
Экспериментальные значения Rz при точении определяются эмпирической зависимостью
Rz
=
Реальные величины Rz всегда отличаются от расчетных. Поэтому на практике даётся предпочтение экспериментальным величинам Rz и других параметров шероховатости.
Глубина наклёпа определяется экспериментально. Степень наклёпа определяют соотношением
где
H
и
- микротвёрдость наклёпанного и исходного
материала соответственно.
Остаточные напряжения после обработки деталей определяют экспериментально. Характеристики качества обработанных поверхностей включают некоторые другие параметры шероховатости, кроме Rz (ГОСТ предусматривает шесть параметров шероховатости), форму и регулярность микрорельефа, волнистость, отклонения от номинальной формы в продольном и поперечном сечении обработанной поверхности и др.
Подробно методики экспериментальных исследований всех этих характеристик качества обработанных поверхностей рассматриваются ниже.
1.3.4. Исследование эксплуатационных показателей обработанных поверхностей. Проводят исследования в тех случаях, когда для обработки заготовок деталей, особенно на финишных операциях, используются новые технологические процессы или новые формообразующие инструменты.
Экспериментальные показатели поверхностей включают некоторые показатели шероховатости (опорная длина профиля, форма неровностей и впадин), износостойкость, стойкость, циклическая (усталостная) прочность и ряд других.
Для деталей механических передач (зубчатые колёса, колёса с периодическим профилем в шариковых и роликовых передачах) исследуют такие экспериментальные показатели как кинематическая точность и плавность работы.
Во многих случаях исследования экспериментальных показателей деталей проводят совместно с испытаниями машины в сборе на завершающем этапе её изготовления.
