Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (514588), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Назовите причины упрочнения поверхности заготовок впроцессе резания. Какое влияние оказывает упрочнение на качество детали?6. Какие основные факторы механической обработки резаниемопределяют качество поверхностного слоя деталей машин?99Лекция № 11. ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЯСИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТАИ ЗАГОТОВКИЭта лекция посвящена изучению влияния сил, возникающих впроцессе резания, деформации заготовки и тепловых явлений накачество изделий.
Вы ознакомитесь с сущностью процессов изнашивания лезвийных режущих инструментов.11.1. Силы, возникающие в процессе резанияПроцесс резания характеризуется силовым воздействием инструмента на заготовку, в результате чего в зоне их контакта происходит деформирование, а также разрушение поверхностного слоязаготовки – снятие стружки. Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы R,приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке.
Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания v. Работа, затрачиваемая на деформирование и разрушениематериала заготовки, расходуется на упругую и пластическую деформации металла, его разрушение, а также на преодоление силтрения инструмента о заготовку и стружку.Заготовку закрепляют для уравновешивания силового воздействия со стороны инструмента, т. е. прикладывают к ней силы со стороны приспособления. В результате образуется замкнутая система,состоящая из станка, приспособления, заготовки и инструмента.
Нарис. 11.1 показана схема действия сил при обработке цилиндрическойзаготовки. Значение силы резания и ее положение в пространстве зависят от физико-механических свойств материала обрабатываемойзаготовки, толщины снимаемого слоя, скорости резания, подачи, геометрических размеров режущей части инструмента и других факторов.Для удобства расчетов используют не равнодействующую силурезания R, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям – координатным осям металлорежущего станка.100Рис. 11.1.
Равнодействующая силы резания и ее составляющиеГлавная (тангенциальная) составляющая силы резания Рz действует в плоскости резания в направлении оси Z. По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективнуюмощность резания, деформацию изгиба в плоскости XOZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведутдинамический расчет механизмов коробки скоростей станка.
Порадиальной составляющей силы резания Ру определяют деформацию изгиба заготовки в плоскости XOY и величину упругого отжатия резца от заготовки. По осевой составляющей силы резания Pxрассчитывают механизм подачи станка и изгибающий момент,действующий на стержень резца.По деформации заготовки от сил Pz и Ру рассчитывают ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешностьее геометрической формы.
По значению суммарного изгибающего момента от сил Pz и Px рассчитывают стержень резца напрочность и т. д.Соотношения между составляющими силы резания не постоянно. Например, при резании сталей вновь заточенными резцамиимеют место соотношения Рх/Рz ≈ 1/3; Ру/Рz ≈ 1/4. Износ заднейповерхности резца существенно влияет на значения Рх, Ру, Рz, и запериод стойкости они постоянно возрастают.101При увеличении глубины резания и подачи растет площадь сечения срезаемого слоя, что вызывает возрастание всех составляющих силы резания. Однако результаты многочисленных экспериментов, проведенных при точении различных материалов, свидетельствуют, что во всех случаях глубина резания влияет на составляющие силы резания сильнее, чем подача.
При обработке большинства металлов и сплавов увеличение скорости резания приводит к уменьшению силы резания.Геометрические размеры резца оказывают влияние на силы резания. Наиболее важным параметром является передний угол, увеличение которого приводит к снижению силы резания, но снижаетпрочность режущей кромки инструмента и может привести к егополомке.11.2. Деформация заготовок в процессе резанияВ процессе снятия стружки под действием силы резания деформируется заготовка, инструмент и элементы станка.
В результате указанных причин, а также за счет температурных деформаций заготовки, инструмента, износа станка, обработанная поверхность не имеет идеальной цилиндрической формы. Отклонениеформы обработанных поверхностей заготовок типа тел вращенияпроисходит в продольном и поперечном сечениях.Заготовка испытывает сжатие силой Рх и изгиб силами Ру, Рz, атакже кручение.
Сжатие и кручение не влияют на образование отклонения формы заготовки в продольном сечении. Для реальныхслучаев обработки на отклонение формы заготовки в продольномнаправлении существенно влияет только радиальная составляющая силы Ру.На погрешность формы детали влияют не только силы резания,но и жесткость заготовки, способ ее закрепления на станке и др.Например, при консольном закреплении заготовки в трехкулачковом патроне (рис. 11.2, а) расчетная схема близка к расчетной схеме балки с защемленным концом, максимальный прогиб которойвозникает на ее свободном конце.
Поэтому в процессе точения заготовки фактическая глубина резания tф будет меняться на величину отжима δi (рис. 11.2, а) т. е.tф = t – δi.102абРис. 11.2. Схема формирования погрешности формы при закреплениизаготовки консольно (а) и в центрах (б):dз – диаметр заготовки, d – диаметр детали,δi – прогиб (отжатие) заготовки под действием силы РуЗначение прогиба в произвольном поперечном сечении заготовки от действия радиальной составляющей силы резания Ру определяется по формулеδi =Py xi3,3EJгде хi – текущее значение координаты поперечного сечения; Е –модуль упругости материала заготовки; J – момент инерции поперечного сечения заготовки.103После окончания механической обработки ось заготовкивосстанавливает свое первоначальное положение, поэтому впродольном направлении она приобретает форму раструба(рис.
11.3, а).абРис. 11.3. Форма заготовки после обработки резаниемпри консольном закреплении (а) и при закреплении в центрах (б)При обработке резанием заготовки, закрепленной в центрах(рис. 11.2, б), наибольший ее прогиб возникает в среднем сечении(хi = L/2). При этом после окончания механической обработкиформа изделия в продольном сечении близка к бочкообразной(рис. 11.3, б).В случае закрепления и обработки нежестких заготовок типаколец, втулок, гильз и т. п. их обработанные поверхности могутиметь отклонения в поперечном сечении от действия сил закрепления. Так, кольцо при закреплении по внутренней поверхности втрехкулачковом патроне принимает трехгранную форму с высту104пами в тех радиальных сечениях, где расположены кулачки, и свпадинами в радиальных сечениях между кулачками. В процессемеханической обработки наружная поверхность становится круглой.
После снятия сил закрепления поверхность кольца приобретает трехгранную форму в результате упругих деформаций, причем в тех радиальных сечениях, где до обработки были выступы,вызванные силами закрепления, образуются впадины, и наоборот.11.3. Тепловые явленияпри механической обработке заготовокОдним из физических процессов, сопровождающих стружкообразование и разрушение конструкционного материала резанием,является тепловыделение. Практически вся механическая работа,затрачиваемая на срезание припуска с заготовки, превращается втеплоту.
Полное количество теплоты Q, выделяющейся в единицувремени, можно приближенно определить из выраженияQ ≈ Рz ⋅ v,где v – скорость резания.Теплота генерируется в результате упругопластического деформирования материала заготовки в зоне стружкообразования,трения стружки о переднюю поверхность инструмента, трениязадних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки (рис. 11.4).QлРис.
11.4. Источники образования и распределения теплоты резания105Тепловой баланс процесса резания можно представить равенствомQд + Qп.п + Qз.п. = Qс + Qзаг + Qи + Qл,где Qд – количество теплоты, выделяемой при упругопластичномдеформировании обрабатываемой заготовки; Qп.п – количество теплоты, выделяемое при трении стружки о переднюю поверхностьинструмента; Qз.п. – количество теплоты, выделяемое при трениизадних поверхностей инструмента о заготовку; Qс – количество теплоты, отводимое стружкой; Qзаг – количество теплоты, отводимоезаготовкой; Qи – количество теплоты, отводимое режущим инструментом; Qл – количество теплоты, отводимое в окружающую среду(теплота лучеиспускания) или охлаждающими средами.В зависимости от технологического процесса резания и условий обработки стружкой отводится 25…85 % всей выделяющейсятеплоты, заготовкой – 10…50 %, инструментом – 2…8 %.
Количественное распределение теплоты зависит главным образом от скорости резания.Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания.Нагрев инструмента вызывает структурные превращения в материале инструмента, снижение его твердости и потерю режущихсвойств. Кроме того, нагрев инструмента приводит к изменениюего геометрических размеров, что влияет на качество обрабатываемых поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке из-за удлинения резца приповышении его температуры изменяется глубина резания, и обработанная поверхность получается конусообразной.
Кроме того, впроцессе резания нагреваются заготовка, приспособление и станок. Возникающие при этом температурные деформации могутснижать качество получаемых изделий.Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процессрезания обработку ведут в условиях применения смазочноохлаждающих сред. Чаще всего при механической обработкеиспользуют жидкости (эмульсии, масла, растворы мыл и минеральных электролитов, керосин и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
