книги / Обработка резанием с вибрациями книга

стремясь к тепловому равновесию с внешней средой. Переходный процесс выравнивания температуры опре­ деляется теплопроводностью материала инструмента и условиями теплообмена поверхности инструмента с окружающей средой. В теории точечных источников весьма эффективным является метод введения стоков тепла, т. е. источников отрицательной мощности. Пре­ кращение в момент времени tv действия источника по­ стоянной интенсивности q\ можно заменить наложением,

начиная с этого момента, иа продолжающий действо­ вать источник стока равной интенсивности Çu при этом

источник и равный ему сток, приложенный к той же поверхности тела, нейтрализуют друг друга. Темпера­ турное поле процесса выравнивания в любой момент / после прекращения действия источника постоянной ин­ тенсивности продолжительностью tp определится, как

разность температурных полей при действии этого ис­ точника в момент времени t и t — fp. Поэтому темпе­ ратура контактной поверхности инструмента при V ^ tv

в результате теплообмена с окружающей средой также можно представить в виде стока. Поглощение окружа­ ющей средой части теплоты, образующейся в период резания, происходит путем конвективного теплообмена. Интенсивность теплового потока qK через рабочую по­

верхность инструмента при конвективной теплопередаче

где 6р(М — изменение температуры рабочей поверхно­ сти инструмента при наличии теплообмена в период выравнивания.

Ш

ели время (t — tp) после прекращения действия

источника много больше продолжительности его дейст­ вия tp, то процесс выравнивания в полуограниченном

пространстве можно рассчитывать на оспове формул H. Н. Рыкалина для мгновенных источников. Для этого сосредоточим действие источника тепла Q=qttp в мо­ мент времени tT{2, т. е. в середине относительно корот­

кого процесса резания. Отсчет времени /г начнем с этого момента, а начало координат п совместим с положением

действительного источника в этот момент. Тогда темпе­ ратура после прекращения действия источника, т. е. при t> 2 tp, будет

| 01(У>h) |/ж»*р —

—*t

9itp

У* VhCptfrg*

Подставляя ранее полученное выражение для qi при

0, получаем температуру поверхности инструмента на участке выравнивания при

| (4I3)

Тогда общее уравнение, определяющее процесс вы­ равнивания температуры с одновременным охлажде­ нием поверхности, будет иметь вид

яри точении с осевыми вибрациями проводились двумя методами— с использованием для замера температуры искусственной и естественной термопар. В качестве ис­

Диаметр проводов хремеля и алюмеля 0,2 мм, что обес­ печивает чувствительность термопары порядка 4,5 мв

на 100е С. Такая термопара обладает достаточно низ­ ким удельным сопротивлением: хромель — р—1,45, алюмель — р = 0,026-^0,029. Отверстия под термопару в твердом сплаве прошивались электроискровым методом иа станке типа РЦ со скоростью подачи электрода 2—2,5 мк при частоте вибраций 120—140 ец.

Зависимость температуры от скорости резания при­ ведена на рис. 40 [39], где видно, что при резалии с вибрациями при низких скоростях происходит воэра-

Рис 40 Зависимость температуры при точении с низкоча­ стотными осевыми вибрациями от скорости резания

/ — обычное резание; 2 — резание с вибрациями

стание температуры по сравнению ее с обычным реза­ нием. Следовательно, в этом случае прирост темпера­

время отдыха инструмента в данном случае играет ре­ шающее значение; этому способствует также снижение теплового прироста. Правильность этого подтверждают

экспериментальные данные, определяющие зависимость температуры от скорости резания, полученные при пре­ рывистом резании — торцевом фрезеровании. Условия обработки в этом случае во многом по тепловым явле­ ниям подобны точению с осевыми вибрациями. Из рис. 41 [37] видно, что в зоне высоких скоростей интен­ сивность роста температуры с изменением скорости значительно меньше, чем в зоне малых скоростей.

Снижение температуры при резании с низкочастот­ ными осевыми вибрациями можно объяснить, исходя из полученного в гл. III вывода о том, что физическая кар­ тина течения процесса аналогична обычному резанию с переменной толщиной среза. Этому способствует весьма большая инерционность изменения температуры. Правильность последнего вывода подтвержадается экс­ периментами по точению эксцентричных заготовок из стали 40Х. Изменение толщины среза от 0,3 до 1,5 мм при двух неизменных числах оборотов (и—102 об/мин, vp=2b м/мин и л =208 об/мин, ор= 47,3 м/мин) и пода­ че 1,59 мм/об ке показало па осциллограммах колеба­

ний температуры [43]. Учитывая это, при анализе из­ менения тепловых условий обработки при резании с низкочастотными вибрациями можно исходить из зави­ симостей для обычного резания. Рассматривая зависи­

мость А. М. Даниэляна 6 = CtVp4 ■So2-4Л 1= С/$о'2\ видно,

что показатель степени при подаче много меньше еди­ ницы. Следовательно, среднее значение температуры при изменении толщины среза, т. е. подачи по гармони­ ческому закону, будет меньше, чем это имеет место при обычном резании с подачей т. е.

2к/ш

f С, [s (/)]°-24 d/ < CtsZn.

о

Напротив, при анализе тепловых явлений при реза­ нии с интенсивными вибрациями прирост выделяемого тепла, обусловленный вибрационным движением преж­ де всего при непрерывном резании с колебаниями, мож­ но оценивать в первом приближении как прирост ско­ рости при обычном резании, т. е. за счет использования вибраций получается условие высокоскоростного резания при меньших средних окружных скоростях резания.

Износ рабочих граней инструментов представляет собой сложный физико-химический процесс разрушения поверхностных слоев, складывающийся из большого числа физических явлений: упругих и пластических деформаций, молекулярных явлений, структурных из­ менений, тепловых и термоэлектрических процессов и т. д. В зависимости от условий резания взаимодей­ ствие этих явлений приводит к преимущественному те­ чению износа, т. е, разрушению поверхностных слоев инструмента в виде одного из четырех основных про­ цессов— абразивного, адгезионного, диффузионного и окислительного. Все эти виды износа всегда имеют место и тесно связаны между собой, определяя в целом суммарный износ инструмента.

Контактное нагружение рабочей поверхности инст­ румента создает сложное неоднородное напряженное состояние, способствующее пластической деформации поверхностных микрообъектов даже таких ирочных и твердых материалов, как инструментальные. Поэтому пластическая деформация во всех ее проявлениях яв­ ляется основным первичным элементарным процессом изнашивания. Износ передней поверхности инструмента происходит в результате внедрения частиц стружки в его рабочую поверхность с последующим срезанием ча­ стицами стружки выступающих участков поверхностных объемов инструмента (рис. 42). Поэтому разрушению материала стружки путем среза обязательно предшест­ вует значительная пластическая деформация, приводя­ щая к вдавливанию частиц обрабатываемого материала в полости между шероховатостями инструментального материала и последующему сдвигу в стружке. Даль­

нейшее взаимодействие движущихся частиц стружки происходит с выступающими микронеровностями по­ верхности инструмента и частицами обрабатываемого материала, оставшимися во впадинах. В процессе взаи­ модействия происходит непрерывное обновление части материала во впадинах вследствие большой интенсив­ ности явлений схватывания одного и того же материала в условиях высокой химической чистоты контактирую­ щих поверхностей, больших удельных давлений и высо­ кой температуры. Износ поверхности инструмента всегда сопровождается значительной пластической деформа-

сом истирания постепенно нарастающий износ без за­ метных следов неравномерности его образования по времени, под износом выкрашивания — износ, связанный с заметным отделением значительных частиц материала.

Рис. 43. Типовой износ рабочих поверхностей инструмента

Обработка жаропрочных материалов твердыми спла­ вами при обычном резании затруднена вследствие весь­ ма интенсивного механнко-диффузионного износа, про­ являющегося даже при относительно низкой температу­ ре. Это объясняется высокими удельным давлением и температурой, действующими на контактные ловерхно-

сти инструмента, химическим сродстеом обрабатывае­ мых материалов с [твердыми сплавами. Определяющим фактором снижения интенсивности диффузионного из­ носа является уменьшение температуры, что обеспечи­ вает прерывистый характер резания с вибрациями. Бла­ годаря этому на многих операциях, где при Обычном резании (Жаропрочных сплавов использование «твердых сплавов является невозможным, за счет использования вибраций начинает хорошо работать твердосплавный ин­ струмент, обеспечивая при этом увеличение производи­ тельности.

Количественное изменение износа как по задней, так и по передней поверхностям инструмента (рис. 43) при переходе от обычного резания к вибрационному При про­ чих равных условиях определяется прежде всего темпе­ ратурой контактных слоев. Выше было показано [(см. стр. 173), что при резании в зоне низких скоростей на­ ложение вибрационного движения подобно приросту ско­ рости обычного резания ведет к повышению температуры в зоне резания; при резании в зоне высоких скоростей воздействие вибраций приводит к снижению темпе­ ратуры в зоне резания. Эффективность последнего явле­ ния особенно возрастает |при прерывистом процессе ре­ зания с вибрациями, когда в процессе обработки перио­ дически происходит отдых режущего клина инструмента, что сказывается еще более значительно при использо­ вании в этом случае СОЖ.

Для обычного резания и 'резания с вибрациями за­ висимость времени работы инструмента от скорости ре­ зания характеризуется некоторой горбообразной кри­ вой, максимум которой определяет оптимальную ско­ рость резания для данных условий. Главным фактором, определяющим физическую картину указанной зависи­ мости, является износ режущих кромок, характер и ин­ тенсивность которого зависят от большого количества параметров, среди которых решающим является темпе­ ратура соприкасающихся поверхностей. Однако даже для обычного резания между температурой и износом нет линейной и даже монотонной зависимости (рис. 44), что определяется различием физических механизмов из­ носа рабочих поверхностей при различных скоростях резания. Кривая влияния скорости резания на диффузи­ онный износ по существу отражает влияние температуры.

ira