12.4. Погрешности обработки, связанные с нагревом элементов тс

В процессе механической обработки выделяется теплота. Причина тепловыделения – нагрев оборудования, режущего инструмента, заготовки, стружки.

Оборудование нагревается в основном от собственных источников – электродвигателей, трения в рабочих элементах, дросселирования в гидросистемах, от ёмкостей с рабочей жидкостью и СОЖ, а также и от внешних теплоисточников. В узлах станка возникают неравномерные и нестационарные поля температур, вызывающие тепловые деформации, достигающие значений от 0,003 до 0,05 мм и более, что нарушает геометрическую точность оборудования и отрицательно сказывается на точности обработки.

Меры борьбы с нагревом станков – принудительное охлаждение внутренних источников тепла, вынесение за пределы станка ёмкостей с нагретой жидкостью, предварительный разогрев станка на холостом ходу, изоляция от внешних теплоисточников.

Погрешности из-за нагрева инструментов:

Существенное влияние на точность обработки оказывает тепловыделение в зоне резания от трения и пластических деформаций в контакте заготовка-инструмент. Установлено, что при точении, фрезеровании без применения СОЖ в стружку уходит до 60% теплоты резания, до 30% - в резец, до 10% идет на нагрев заготовки и рассеивания в окружающую среду. При сверлении в заготовке остается до 55% теплоты, 25% уходит со стружкой и около 20% нагревает сверло и рассеивается.

Теплота резания, переходящая в инструмент вызывает его удлинение, которое при отсутствии СОЖ достигает 0,05 мм. Температурная деформация резца в виде графика от продолжительности работы – на рисунке 25.

Рис. 25

Очевидно, что постепенно удлинение уменьшается – наступает тепловое равновесие.

Нагрев и удлинение резца растут с ростом режимов резания – s, v, t.

На длинномерных заготовках деформация резца вызывает погрешность формы ω_ф в осевом сечении, влияя на изменение размера своей удвоенной величиной

ω_ф = 2Δ_н,

где Δ_н – удлинение резца при нагреве.

При обработке валов ω_ф=Д_нач.-Д_кон.>0, при расточке отверстий – наоборот.

При обработке партии коротких валов на настроенном станке диаметры первых валов окажутся больше, чем диаметры последних (на отверстиях – наоборот). Причем, изменение размеров валов, предоставленное на графике, имеет ступенчатый характер из-за чередования нагревов и охлаждений резца в ходе обработки и смены заготовок.

12.5. Погрешности, связанные с деформацией заготовок

из-за перераспределения остаточных напряжений

Остаточные – это напряжения, существующие в материале заготовки при отсутствии внешних сил. Эти напряжения возникают в ходе предшествующей обработки и остаются по её окончании, почему и называются остаточными (ОН) или внутренними ОН.

Различают три вида ОН. Наибольшее влияние на точность детали оказывают макронапряжения (ОН 1 рода) в отличие от микро- и субмикронапряжений (ОН 2 и 3 рода соответственно).

ОН 1-го рода охватывают области детали, соизмеримые с её размерами, и до поры уравновешиваются в объеме детали. Нарушения этого равновесия с течением времени (старение), под действием теплоты или вибраций называется релаксацией напряжений. Результатом релаксации является искажение размеров и формы, взаимного расположения поверхностей детали, что требует их исправления в ходе ТП.

Причинами возникновения внутренних ОН служат

- неоднородная пластическая деформация при получении заготовок горячим деформированием и литьем, а также в процессах нагрева и охлаждения;

- неоднородные изменения объема при фазовых превращениях в металле (при закалке, ХТО).

Образование внутренних ОН рассмотрим на примере охлаждения отштампованного диска.

В процессе его остывания быстрее остывают наружные слои, теряя пластичность. Сердцевина, продолжая остывать, стягивает наружный слой, а сама испытывает растяжение. В результате в наружном слое возникают сжимающие ОН (знак -), а в сердцевине – растягивающие (знак +) рисунок 26.

П роцессы механообработки, сопровождаемые и пластической деформацией и нагревом также вызывают ОН, которые называются поверхностными, т.к. распространяются только в поверхностном слое на глубине 0,01…0,5 мм и более. В зависимости от характера этих ОН они во многом определяют эксплуатационные характеристики поверхностного слоя, особенно в условиях вибраций, знакопеременных нагрузок, влияя на прочность поверхности особенно для тонкостенных, ажурных по конструкции деталей.

Рис. 26. Схема образования внутренних ОН