10. Вторичные (выходные) параметры технологической системы механической обработки резанием. Их характеристика.
Вторичные /выходные/ параметры характеризуются технологическими показателями. Они определяются, как результат воздействия процесса резания, осуществляемого при заданной обрабатывающей системе, на деталь /эксплуатационные характеристики детали, и том числе достигнутая точность обработки и качество поверхности/, инструмент /его стойкость и прочность/, станок и приспособление /долговечность/. Эти параметры в значительной мере определяют полученную производительность и экономичность.
Основными факторами, влияющими на выходные показатели процесса резания (точность обработки, качество обработанной поверхности), являются упругие деформации технологической системы, находящейся под силовым воздействием, влияющие на устойчивость процесса резания.
Выходные параметры – определяются результатом.
11. Общая характеристика рабочего процесса как части структурной схемы технологической системы механической обработки резанием.
Рабочий 2.1.Кинематика Упругие Стружко- Трение
Процесс резания деформации образование и износ
Термоструктурные Химические Электрические и магнитные
явления явления явления
Кинематика резания и кинематика станков связаны, но различны:
Кинематика станков – движения, передаваемые инструментом к деталям.
Кинематика резания – классификация принципиальных средств резания, технологических способов формообразования.
Процесс образования стружки – возможна, если действует сила, большая прочности материала.
3 вида стружки:
-скалывания (суставчатая)
-сливная
-надлома Скалывания состоит из деформируемых элементов, сдвинутых относительно друг друга
Сливная – непрерывная лента
Надлома (элементная) – отдельная
Упругие и пластические деформации
Под действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию. Процессы сжатия и растяжения сопровождаются упругими и пластическими деформациями. Пластическое деформирование заключается в сдвиге одних слоев относительно других по плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений. Сдвиги происходят между отдельными частицами кристаллического зерна (монокристалла) и между самими зернами в поликристалле; в результате сдвигов изменяется форма зерен, их размер и взаимное расположение. Процесс пластического деформирования сопровождается большим тепловыделением и изменением свойств металла; одним из таких изменений является повышение твердости (а следовательно, и хрупкости).
Степень срезанного слоя определяется величиной усадки стружки.
В зависимости от условий и температуры резания, часть металла, прилегающей к поверхности, может задерживаться и уплотняться, образовывается нарост (отрицательное явление при окончательной обработки).
Наростообразование характерно для вязких материалов в случае обработки их с малыми скоростями и малыми подачами. Его величина характеризуется высотой. С ростом переднего угла наростообразование резко уменьшается. Твердость нароста в 2-4 раза выше твердости обрабатываемого материала, поэтому нарост участвует в резании. По мере увеличения высоты нароста динамическое равновесие нарушается и часть нароста уноситься со стружкой, а другая остается на обрабатываемом материале.
На рисунке 6-11 изображена зависимость высоты нароста от скорости резания. На
рисунке 6-12 зависимость высоты нароста от главного угла в плане φ. Наличие
(отсутствие) нароста в зависимости от подачи и скорости резания изображено на рисунке 6-13.
При черновой обработки явление нароста является положительным
Трение и износ инструмента
В процессе резания – трение задней поверхности о поверхность резания и стружки о переднюю поверхность, в результате работы сил трения происходит износ (постепенное разрушение соприкасающихся поверхностей)
B = A/ m – износостойкость
зависимости от условий обработки геометрия износа инструмента может быть (рис.1):
1. Превалирующий износ задних поверхностей «hЗ» и незначительный по передней наблюдается при обработке пластичных материалов с толщиной среза до 0,1 мм; при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы), когда образуется стружка надлома, а также при работе сверлами, зенкерами, фрезами, развертками.
2. Превалирующий износ по передней поверхности «hП» имеет место при обработке пластичных материалов с толщиной среза более 0,5 мм, а также когда имеет место наростообразование или когда температура на передней поверхности намного больше, чем на задней. Величина износа определяется глубиной hП и шириной лунки, образующейся на передней поверхности от трения стружки.
3.Износ одновременно по передней и задней поверхности наблюдается при обработке пластичных металлов с толщиной среза 0,1 -0,5 мм и работе с применением СОЖ.
4. При чистовой обработке материалов обладающих низкой теплопроводностью (пластмасс), а также при обработке высокопрочных материалов (аустенитные стали) происходит износ в форме округления режущей кромки.
Наибольшее влияние на интенсивность износа оказывает скорость резания V, меньшее – подача S и особенно глубина резания t. Чем выше механические свойства обрабатываемого материала, тем больше износ режущего инструмента.
Рис.1. Схемы износа резцов
На рис.2. приведена кривая износа резца по задней поверхности hЗ в зависимости от времени работыТ. На ней можно выделить три участка.
Рис. 2. График зависимости износа по задней поверхности от продолжительности работы резца
1) участок ОА – участок начального изнашивания или период приработки. Происходит постепенное выравнивание микронеровностей поверхности и увеличение опорной площади трения. Повышенный темп износа на первом участке объясняется высоким начальным контактным давлением ввиду малой величины площади контакта. При увеличении площадки контакта темп износа уменьшается.
2) участок АВ – период нормального износа. Характеризуется стабилизацией микрогеометрии инструмента.
3) участок АВ – период катастрофического износа. В точке С износ соответствует такому состоянию инструмента, при котором продолжать процесс резания невозможно. Инструмент нельзя доводить до катастрофического износа. Если при этом и не произойдет поломки, то при заточке нужно будет снимать большой слой металла. Работу, очевидно, следует прекратить в точке В, где износ отвечает установленному критерию затупления.
Время работы инструмента между переточками при определенном режиме резания называется стойкостью инструмента Т (мин).
Тепловые процессы
Работа, затрачиваемая на пластические деформации, составляет около 80% всей работы резания, а работа трения — около 20%. Примерно 85—90% всей работы резания превращается в тепло.
Образующееся тепло поглощается стружкой — 50—86%, резцом—10—40%, обрабатываемой деталью — 3—9% и около 1% тепла рассеивается в окружающей среде излучением.
На величину температуры в зоне резания оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические параметры инструмента и применение смазочно-охлаждающей жидкости.
При обработке стали выделяется больше тепла, чем при обработке чугуна. Чем выше предел прочности σв и твердость обрабатываемого материала, тем выше температура в зоне контакта инструмента с деталью.
С увеличением подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания.
С увеличением угла резания δ и главного угла в плане φ температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления резца r уменьшается.
Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания. Жидкости: водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, растворы мыл; минеральные, животные и растительные масла; минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфофрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине; масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).
Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800 – 1000 0С) вызывает структурные превращения в металле, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю режущих свойств. Нагрев, инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при повышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.
Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему заготовки в процессе обработки, и после охлаждения обработанной заготовки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности . Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструмента и заготовки или количество теплоты, переходящей в них