книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

Расход парообразного фреона измеряют суживающими устройствами по скорости потока и из теплового баланса аппа­ ратов,

Суживающие устройства устанавливают на линии нагнета­ ния, так как расположение их на всасывании приводит к изме­ нению температуры перегрева паров в процессе снятия харак­ теристики. Стандартные диафрагмы и сопла дают достоверные результаты при измерении расхода однофазных сред. Поэтому определение расхода перегретых паров на нагнетании, далеких от состояния насыщения, уменьшает погрешность измерений.

Для определения расхода холодильного агента по скорости потока применяют комбинированные трубки Прандтля. Этот метод обеспечивает достаточную точность измерений при скоро­ стях потока Мгсі0,7ч-0,8 [21].

При использовании стендов с замкнутым контуром возника­ ет дополнительная возможность определения расхода агента из теплового баланса аппаратов. Если МХТ испытывают в составе холодильной установки, то расход вычисляют из теплового ба­ ланса испарителя или конденсатора.

В цикле без изменения агрегатного состояния рабочего веще­ ства количество тепла, отведенное охлаждающей водой, равно внутренней работе сжатия.

Удельную работу сжатия определяют также по измеренным температурам и давлениям на входе в компрессор и выходе из него. При хорошем качестве изоляции компрессора погрешность этого метода не превышает 1—2% [66].

Другие методы измерения мощности, например, с помощью балансирных и торсионных устройств, вследствие высокой скоро­ сти вращения МХТ и встроенного исполнения двигателей прак­ тически не применяются.

Погрешность определения производительности и мощности по методу теплового баланса зависит от точности измерения температур и давлений.

Для измерения температур на входе и на выходе из комп­ рессора и теплообменных аппаратов используют прецизионные ртутные термометры с ценой деления 0,1° С, установленные в тонкостенных гильзах.

С целью выяснения погрешности, вносимой в измерения тер­ мометрической гильзой, в одном и том же сечении всасывающего трубопровода компрессора на одинаковой глубине были уста­ новлены два термометра: один в гильзе, другой непосредствен­ но в потоке воздуха. Предварительно оба термометра были вза­ имно оттарированы при одной и той же температуре. При ско­ рости потока более 10 м/с и уровне теплопроводной жидкости, слегка покрывающем шарик ртути, показания термометров через 5 мин отличались не более, чем на 0,05 град. Поскольку в урав­ нения теплового баланса входят разности температур, установка

100

измерителями проточного типа, конструкция которых описана в работе [35]. Термоприемник нечувствителен к углам скоса пото­ ка в любой плоскости и имеет коэффициент восстановления 0,98 независимо от значений Re и М.

Узкие каналы проточной части МХТ и недостаточная меха­ ническая прочность термоприемников не позволяют измерять температуры за рабочим колесом и на выходе из диффузора. В этих сечениях устанавливают лишь трубки полного давления.

Трубки полного давления, применяемые для исследования МХТ, должны отличаться минимальными габаритами, большой нечувствительностью к скосу потока и влиянию М. В качестве датчиков используются два типоразмера трубок полного давле­ ния с наружным диаметром конфузора 1,6 и 2,0 мм, разработан­ ные кафедрой компрессоростроения ЛПИ им. М. И. Калини­ на [21]. Эти трубки имеют поправочный коэффициент, равный единице, и нечувствительность к углу скоса потока ±40т-45° в любой плоскости.

При испытаниях МХТ обычно применяемые для перемеще­ ния и фиксации пневмометрических приборов координатники не пригодны, так как их размещение и герметизация вызывает зна­ чительные трудности. Поэтому насадки приходится ориентиро­ вать по расчетному или вероятному углу потока и неподвижно крепить в корпусе машины.

Приемники давления устанавливают по окружности за рабо­ чим колесом на диаметре 1,05 П2 и на выходе из диффузора, а также по ширине каналов. Максимальное число датчиков в контрольном сечении определяют из условия допустимого загро­ мождения каналов, которое не должно превышать 2—3%.

Статические давления измеряют на стенках элементов про­ точной части через отверстия диаметром 0,5—0,7 мм; при этом погрешность, вносимая в измерения, составляет 0,3% [24]. Места отбора статического давления на входе и на выходе из ступени объединяют уравнительными кольцами.

Для регистрации полных и статических давлений служат манометрические щиты, которые в зависимости от уровня изме­ ряемых давлений соединяются с атмосферой или работают с противодавлением. В качестве уравновешивающих жидкостей

рийных дифманометров типа ДТ-50. Для удобства настройки и контроля режима работы применяют образцовые пружинные манометры и вакуумметры класса 0,35.

Способ измерения скорости вращения турбокомпрессора за­ висит от его конструкции. При приводе компрессора от турбины

101

оказывают влияние на величину сил резания. Это влияние харак­ теризуется уравнением

где Р — сила резания при работе без охлаждения; ксм — коэф­ фициент, учитывающий изменение сил резания ири применении данного способа охлаждения.

Таблица I I 1.5

Значения постоянных величин п показателей степеней к формулам (III.19) — (III.21)

При износе резцов силы резания изменяются. В зависимости от характера и степени износа изменение сил может происходить в различных направлениях: например, износ резцов по задней поверхности сопровождается увеличением сил резания; при пре­ валирующем износе по передней поверхности силы резания могут и снижаться. Как следует из вышеизложенного, влияние различ­ ных факторов на силы резания при точении весьма сложно.

Учитывая это, комиссия по резанию металлов предложила использовать для определения сил резания упрощенные обобщен­ ные формулы, построенные на базе формул (III.19) — (III.21). Влияние ряда факторов, не учитываемых исходными формулами, учитывается в них введением поправочных коэффициентов. При работе проходными резцами рекомендуются следующие формулы:

уУ

где крхі кру и крг —поправочные коэффициенты, численно равные произведениям коэффициентов, учитывающих влияние качества обрабатываемого материала, геометрических параметров и износа резца, скорости резания и других конкретных факторов, не учи­ тываемых коэффициентами С/^, СР и СР .

102

период повышенного или катастрофического износа. В этот период при достижении величины износа, соответствующей точке Б, происходит резкое увеличение интенсивности нарастания износа, приводящее к быстрому разрушению резца, поэтому нецелесо­ образно доводить резец до износа, превышающего это значение. Величина износа ha, соответствующая точке Б — точке перегиба на кривой износа, называется оптимальным износом, а время от начала работы резца до точки Б (Т)Б — стойкостью. Таким образом, под термином «стойкость» понимается время работы инструмента до допустимой величины износа, определяемой кри­ терием затупления. Обычно стойкость измеряется в минутах основного технологического времени.

Па рис. III.51 показаны характерные кривые износа резцов, активно изнашивающихся по передней поверхности (кривая 1) и имеющих лишь слабо нарастающий износ по задней поверхности

(кривая 2). Нарастание глубины лунки происходит достаточно интенсивно в течение всего периода резания; износ же по задней поверхности нарастает медленно и только с некоторого момента (точка Б), соответствующего сильному ослаблению фаски / (см. рис. 11.22, в) износ приобретает характер катастрофического и заканчивается разрушением режущей части инструмента.

Изучение кривой износа по передней и задней поверхностям показывает, что наиболее закономерно износ протекает но задней поверхности, и поэтому в большинстве случаев за критерий износа резцов принимается заданная величина износа по задней поверх­ ности. Например, разрушение резцов, оснащенных твердым сплавом, при обработке закаленных и незакаленных конструк­ ционных сталей происходит при величине износа задней поверх­ ности h3 = 0,8 -н 1 мм. Износ резцов при обработке жаропроч­ ных сплавов протекает более интенсивно, чем при резании обыч­ ных конструкционных материалов, и принимает катастрофический характер при меньшей величине износа ha = 0,5 ч- 0,6 мм.

Для чистовых резцов, разверток, метчиков и других инстру­ ментов, от величины износа которых зависит точность и чистота обработанных поверхностей, установлен так называемый техно­ логический критерий затупления1т. е. такие допустимые величины

104

износа, при превышении которых шероховатость обработанной поверхности и точность ее размеров перестают удовлетворять заданным техническим условиям.

§ 10. Влияние различных факторов на стойкость инструментов

Производительность процесса резания в значительной мере определяется стойкостью инструментов, которая связана с их износом и зависит от свойств обрабатываемого материала и мате­ риала резца, элементов режима резания, геометрических пара­ метров, качества смазочно-охлаждающих жидкостей и других факторов.

Рис. III.52. Зависимость стой­ кости резцов Т от скорости резания ѵ при точении различ­ ных сталей:

Проведенные исследования указывают на сложный характер зависимости стойкости Т от скорости резания ѵ (рис. III.52). Все, представленные на рис. III.52 кривые Т = / (ѵ) носят гор­ бообразный характер, типичный для резания многих конструк­ ционных материалов, например, таких как: легированные стали

(40Х, 1Х18Н9Т, Х17Н2, 1Х12Н2ВМФ, ЭИ654 и др.), жаропроч­ ные сплавы (ХГІ77ТЮ, ХН70ВМТЮ, ЭИ827, ЭИ949, ЖС6КП и др.), а также тугоплавкие сплавы на основе W, Мо, Та и Nb.

На рис. III.53 приведены кривые Т = / (и), полученные проф. Н. Н. Зоревым при точении стали 40Х (рис. III.53, а) и молибденового сплава ВМ1 (рис. III.53, б). В большинстве слу­ чаев с изменением скорости резания меняются физико-механи­ ческие характеристики поверхностных слоев как обрабатывае­ мого, так и инструментального материалов, а также условия их взаимодействия в контакте. Поэтому стойкость инструментов представляет собой сложную функцию многих параметров. Если

105

зависимость Т — / (ѵ) построить в двойной логарифмической сетке, то приближенно, в определенном диапазоне изменения

Коэффициент А и показатель относительной стойкости тп за­ висят от свойств материалов и условий обработки. Величина m

стойкость в большей мере, чем глубина резания (или ширина среза):

да

257

v = уЛ), 1^0,08 0,36«

Задаваясь периодом стойкости Т = 60 мин, можно определить соответствующую ей скорость резания:

118

У 60 “ ((,08 0 ,3ti-

На практике стойкость проходных токарных резцов при одноинструментальной обработке принимается от 30 до 60 мин; для резьбовых и фасонных резцов — 120 мин. При обработке загото­ вок на автоматических агрегатных станках и автоматических

линиях режущий инструмент должен обеспечивать заданные размеры и шероховатость обрабатываемой детали в течение уста­ новленного времени, называемого размерной стойкостью инстру­ мента. При этой стойкости за критерий затупления принимается радиальный износ резца, непосредственно влияющий на точность и шероховатость обрабатываемой детали. Современные автомати­ ческие станки и линии оборудуются приспособлениями, автомати­ чески контролирующими размеры обработанных деталей и изме­ няющими положение инструмента при его износе с тем, чтобы сохранить точность размеров деталей и шероховатость обработан­ ной поверхности в пределах установленной общей стойкости инструмента.

107

Если скорости резания ѵг сооткетствует стойкость 7\, то величина стойкости Т2, соответствующая другой скорости резания (при сохранении постоянными всех других условий резания), может быть определена из уравнения

t -(«Г- (,І1'28)

Сложный характер зависимости Т = / (ѵ, s, t) при резании высокопрочных и тугоплавких материалов (см. рис. III.52 —III .55) свидетельствует о том, что при оптимизации режимов резания иногда более целесообразно пользоваться не стойкостными зави­ симостями, а показателями, характеризующими относительный расход инструментов (например, площадь обработанной поверх­ ности или путь, пройденный инструментом до затупления).

Скорость резания, допускаемая резцом при определенных условиях резания, является одной из основных характеристик обрабатываемости материалов. Кроме скорости резания, обраба­ тываемость может также характеризоваться силами резания и качеством поверхностного слоя детали.

Существуют различные методы определения обрабатываемости резанием, но все они, как правило, трудоемки и требуют большого расхода дорогих и дефицитных материалов. Заслуживает внимания метод определения оптимальных режимов резания, разработанный проф. А. Д. Макаровым. Он сформулировал положение о постоян­ стве оптимальной температуры, из которого следует, что в контакт­ ной области оптимальным скоростям резания (для заданного материала режущей части инструмента) при различных комбина­ циях скорости резания, подачи и глубины резания соответствует постоянная температура в зоне резания ( оптимальная темпера­ тура резания).

При работе на оптимальных скоростях резания инструмент обладает наибольшей размерной стойкостью. На рис. II 1.56 в ка­ честве примера приведены данные, подтверждающие сформулиро­ ванное А. Д. Макаровым положение о постоянстве оптимальной температуры резания при продольном точении сплава ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) резцом ВК6М с переменными значениями t и s. Боль­ шое влияние на допустимую скорость резания оказывает химиче­ ский состав, структура, механические и тенлофизические свойства обрабатываемого материала, а также состояние его поставки (горя­ чекатаный, отожженный, холоднокатаный и т. п.). При наличии твердой «корки» (дефектного слоя) у заготовок, полученных различными способами литья или прошедших обработку давле­ нием, необходимо снижать скорость резания при ее удалении.

Возможность эксплуатации режущего инструмента с большей или меньшей скоростью (при определенной стойкости) тесно свя­ зана со свойствами инструментального материала (твердость, вязкость, износостойкость, красностойкость, циклическая проч­ ность, теплопроводность и т. п.). Значительное влияние на стой­

108

кость и скорость резания оказывают геометрические параметры режущей части инструмента и ее конструктивное оформление.

Величина переднего угла у влияет на прочность резца, величину деформации, на силы, действующие при резании, и на темпера­ туру нагрева резца. При увеличении переднего угла уменьшаются силы резания, выделение тепла и температура резания, вследствие чего при данной скорости резания возрастает стойкость резца. Однако это справедливо лишь до некоторого, различного для раз­ личных условий обработки зна­ чения угла у; при дальнейшем увеличении переднего угла ухудшаются условия отвода тепла от режущей кромки и снижается прочность режущей части резца. Это приводит к тому, что стойкость резца, до­ стигнув максимума при некото­ ром значении угла у, при его дальнейшем увеличении падает

(рис. III.57, а).

Влияние заднего угла анало­ гично влиянию переднего угла

(рис. III.57, б).

Влияние главного угла в пла­ не ф. Главный угол в плане ф оказывает весьма активное влия­ ние на режущие свойства резца. При уменьшении ф увеличи­ вается ширина срезаемого слоя и уменьшается его толщина, что создает более благоприятные условия перехода тепла в тело резца и в заготовку, вследствие

чего снижаются температура контактных площадок резца и удель­ ная нагрузка режущей кромки. В результате повышается стой­ кость резца (при постоянном значении скорости) или скорость резания при постоянном значении стойкости.

На рис. III.58 приведена кривая, иллюстрирующая изложен­ ное, при точении термически обработанной стали ЗОХГСА с а в = = 160 кгс/мм2 (1570 МПа). Приближенно зависимость между скоростью резания и главным углом в плане выражается урав­ нением

(III.29)

где X зависит от качества обрабатываемого материала и материала режущей части резца, а также от условий обработки. При обра­ ботке резцами, оснащенными пластинкой из твердого сплава, стальных заготовок х = 0,35, чугунных х = 0,4.

109