книги / Обработка резанием с вибрациями книга

т. e. патрон работает в режиме прерывистого резания. Кроме того, сравнение данных формулы, полученной для определения угла поворота втулки за один цикл, и экспериментальных значений на рис. 77 показывает их хорошее совпадение. Крутящий момент определялся по максимальному отклонению. Опыты проводились для

Рис 77 Зависимость угла поворота метчика <рЛю за один цикл от Мкр

различных скоростей вращения патрона при прочих равных условиях.

Ударно-прерывистое резание представляет собой сложный физико-химический процесс взаимодействия двух твердых тел, одно из которых, более прочное и твердое — инструмент, внедряясь в другое — обрабаты­ ваемую деталь, отделяет от него некоторую часть струж­ ки. Одним из основных условий его практического осу­ ществления является обеспечение достаточной прочности режущего клина инструмента при многократном нагру­ жении и вместе с тем возможно более интенсивного воз­ действия на срезаемый слой. Преимущество ударных методов разрушения металлов (разрушения с весьма высокими скоростями деформации) общеизвестно. Они приводят к охрупчиванию металлов, сужают зону интен­ сивных пластических деформаций, снижают работу н количество выделяемого тепла при резанни. Жаропроч­ ные и нержавеющие стали и сплавы обладают повышен­ ной склонностью к упрочнению, поэтому воздействие этих факторов для них имеет особую роль.

Однако этот метод не находит применения на опера­ циях механической обработки, кинематические схемы выполнения которых характеризуются непрерывным

процессом резания при равномерном относительном движении инструмента и заготовки. Это объясняется тем, что при возрастании скорости резания количество тепла, выделяющегося на погонной единице пути резца, уменьшается вследствие снижения работы пластической деформации, однако, в то же время оно увеличивается пропорционально пути, проходимому резцом в единицу времени, т. е. скорости резания. Поэтому при повышении скорости при обычном резании возрастает износ. Этого недостатка в значительной мере не имеет ударно-преры­ вистое резание, совмещающее высокие скорости резания с «отдыхом» режущей кромки. Время «отдыха» зависит от конструкции патрона, обрабатываемого материала и режимов резания;'в нашем случае оно составляло при­ мерно 70% времени.

Для сравнения действующих сил и температуры при обычном и ударно-прерывистом резьбойарезании было проведено их осциллографирование в момент входа ре­ жущих кромок метчика в предварительно нарезанную на 2—3 витка заготовку. Скорость пленки осциллографа равнялась 1000 мм(сек. Как видно из полученных ос­ циллограмм, крутящий момент Мкр вначале почти мгно­ венно возрастает (за время менее 1/500 сек) в момент

входа режущего клина в обрабатываемый материал, что говорит об ударном характере их взаимодействия; пос­ ле этого он во все время резания остается примерно постоянным и затем быстро падает до нуля.

Из рис. 39 видно, что изменение температуры за то же время происходит иначе. Несмотря на почта мгно­ венное достижение крутящим моментом максимального значения температура резания достигает наибольшего значения лишь через достаточно большой промежуток, равный в наших условиях 0,04 сек. Это можно объяс­

нить более интенсивным теплоотводом в начальный мо­ мент резания, из-за большого градиента температуры, и повышенной эффективности действия СОЖ и окисных пленок на рабочих поверхностях инструмента. Вместе с тем по сравнению с обычным резбонарезанием нараста­ ние температуры при ударно-прерывистом резании про-: исходит более интенсивно, чем при обычном резании. Это объясняется приростом скорости резания от удар­ ного действия патрона.

На осциллограммах хорошо виден также момент пре­

крашения резания и кривая, по которой происходит остывание контактирующих поверхностей. Из осцилло­ грамм видно, что температура за время «отдыха» инст­ румента успевает снизиться практически до нуля.

Наиболее легко разрушение обрабатываемого мате­ риала при ударе будет происходить при критических скоростях деформации, равных, например, для нержа* веющей стали 60 м/сек. Однако в наших условиях это

приводит к завышению ударного импульса и массовым выкрашиваниям режущих кромок метчиков. Кроме то­ го, только при ударном резании за счет соударения масс скорость резания изменяется от максимальной до нуля, т. е. охватывает и зону низких неблагоприятных для ин­ струмента скоростей. Поэтому наилучшие условия для работы инструмента получаются при совмещении отно­ сительно небольшого ударного воздействия с протас­ киванием, т. е. обычным резанием. Отличительной особенностью становится наличие перерывов, дающих лучшее охлаждение режущего клина и облегчение до­ ступа СОЖ. Поэтому становится возможным вести реза­ ние на рабочем участке на более интенсивных режимах. Однако стойкость инструмента вследствие этого не сни­ жается, а даже повышается. Для этого относительную длину участка резания следует выбирать так, чтобы температура в зоне резания не успевала достигнуть установившегося значения, равного температуре резания при обычном длительном резании на повышенных ре­ жимах.

Применение повышенных скоростей резания при удар­ но-прерывистом резании приводит к снижению и дейст­ вующих сил резания. Из рис. 73 видно, что при нареза­ нии резьбы обычным методом по мере роста угловой скорости ю наблюдается монотонное падение сил реза­ ния. Эти участки кривых удовлетворительно выражают­ ся уравнением гиперболического типа:

ОУ

Например, для сплава ВТЗ-1 коэффициент х=0,26. Это значит, что при увеличении скорости в 4 раза мо­ мент резання, подсчитываемый по формуле Af2=

составит примерно 0,7 от прежнего. Сле-

довательно, для материалов, у которых крутящий мо­ мент при нарезании резьбы с увеличением скорости сни­ жается, целесообразно производить обработку ударно­ прерывистым методом на высоких скоростях. Если уве­ личение скорости резания для обычного процесса дает увеличение крутящего момента или незначительное сни­

методом естественной термопары: запись ТЭДС произ­ водилась непосредственно на шлейф Ms 8 с чувствитель­ ностью 13 мм на осциллографе Н-102. На ту же пленку

одновременно записывался крутящий момент с тензо­ датчиков. Тарировка термопары метчик — заготовка производилась в тигле с расплавленным сплавом Б83 с нагревом в вертикальной электрической печи. Темпера-

Typd металла контролировалась платино-иридиевой тер* мопарой. Постоянство температуры холодного спая поддерживалось охлаждением концов стержней водой.

Из рис. 78 видно, что с ростом скорости резания ра­ стет температура, причем наиболее интенсивно это имеет

Температура

Ряс. 80. Изменение температуры в начальный момент при обыч­ ном резании н за один цикл при ударно-прерывистом резании (метчик PÎ8, у =26°. у “ 15°, резьба М14х1,5)

место при обработке титанового сплава ВТЗ-1, что связано с его меньшей теплопроводностью. При ударно­ прерывистом резании происходит значительное сниже­ ние температур на 30—40% (рис. 79), поэтому при этом методе получена температура, отвечающая обычному резанию при более низких скоростях. Так, ^ля стали

2X13 это соответствует скорости резания 5—6 м}мШ, для стали Х18Н9Т5 — 7 м)мин, ЭИ654 — 5 м/мин, для титанового сплава ВТЗ-1 3,5—5,0 м1мин. Из рис. 80

видно, что температура при ударно-прерывистом резьбонарезании не достигает уровня обычного резания при одних и тех же скоростях резания. Это является одним из основных физических факторов, объясняющих улуч­ шение обрабатываемости материалов при использовании этого метода. Оно обусловлено правильным выбором режимов резания, исключающих достижение установив­ шейся температуры, характерной для обычного резания, а также интенсивным охлаждением за время отдыха и улучшением доступа СОЖ.,

Глава VI

УЛУЧШЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ ТОЧЕНИЯ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИБРАЦИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ И ЗАДАВАЕМЫХ ИЗВНЕ ВИБРАТОРАМИ

Эффективными средствами улучшения операций то­ чения является разработка средств гашения вредных вибраций и рационального применения полезных. Изло­ жение вопросов второй группы дано в настоящей главе.

ТОЧЕНИЕ С НИЗКОЧАСТОТНЫМИ ОСЕВЫМИ ВИБРАЦИЯМИ, ЗАДАВАЕМЫМИ ИЗВНЕ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ СТРУЖКИ

Основной целью применения вибрационного резания с колебаниями в направлении подачи является дости­ жение эффективного и надежного дробления стружки, поэтому оно обычно выполняется с низкочастотными ви­ брациями.

Основными технологическими параметрами, опреде­ ляющими процесс вибрационного точения, являются надежность стружкодробления, влияние вибраций на точность обработки, качество поверхности и стойкость инструмента.

Исследования надежности стружкодробления пока­ зали, что стружка при вибрационном точении с осевы­ ми вибрациями надежно дробится при всех частотах, отличных от числа оборотов детали на 5—10% и более. В большинстве случаев надежное стружкодробление обеспечивается только при точении с вибрациями в ре­ жиме прерывистого резания. В производственных усло­ виях всегда будет колебание числа оборотов шпинделей станков и частоты задаваемых вибраций. Определим возможность сохранения оптимального режима резания с вибрациями, характеризующимися (к+i). Возможные

изменения режимов вибрационной обработки находятся

в пределах значений от (к + i) до («+*) +1- Для этого

при постоянном числе оборотов шпинделя частота зада­ ваемых вибраций должна измениться на величину Д/,

так как

Напротив, при постоянной частоте задаваемых виб­ раций число оборотов шпинделя должно измениться на Ап, т. е.

или число оборотов на Дл=80 об/мин. Указанные фор­

мулы позволяют определить техническое задание на проектирование вибратора для данной операции, необ­ ходимую точность задания им вибраций.

Прн виброточении с вибрациями в осевом направ­ лении можно регулировать длину элементов дробленой стружки в любых пределах от долей мм до нескольких

ний Д затем к и после этого уточнить значения f и Ах

по условиям обеспечения режима прерывистого резания, т. е. прежде всего величины L При этом значения i оп­

ределяют, исходя из создания наиболее благоприятных

на режущую кромку и станок; вершина инструмента, на длительное время выходя из зоны резания, создает значительные порезы на обработанной поверхности под действием, освобождающихся упругих сил системы, что ухудшает чистоту поверхности. Поэтому амплитуда должна задаваться минимальной, но вместе с тем обес­ печивающей надежное дробление стружки. Теоретиче­

ское определение минимального значения амплитуды производится по формулам (2.11) и (2.26). Например,

Выше (см. гл. И) было показано, что упругие де­

формации системы СПИД изменяют кинематику про­ цесса резания с вибрациями. Это объясняет разницу, полученную при экспериментальных исследованиях [14], между расчетной А? (пунктирная линия) и

фактически необходимой амплитудой, обеспечивающей надежное дробление стружки (рис. 81). Кроме того, амплитуда зависит от вида материала; для более вяз­ кой стали она должна быть больше. Это объясняется тем, что при одной и той же жесткости системы степень снижения амплитуды колебаний после врезания инстру­ мента в металл определяется его сопротивлением дви­ жению резания. Оно больше для вязких сталей и спла­ вов типа 18ХГТ, чем для стали 45. По изложенным выше причинам минимально необходимая амплитуда по­ нижается также и с применением СОЖ.

Одной из разновидностей процесса резания с вибра­ циями в осевом направлении является схема, представ­ ленная на рис. 82. Обработка осуществляется путем периодического поворота режущей кромки вокруг вер­ шин инструмента; указанное движение задается вибра­ тором. Отличительной особенностью этой обработки является изменение в широких пределах рабочих углов

точник энергии для возмущения вибраций можно путем использования конструкции вибросуипорта, приведен­ ной на рис. 83. В этом случае колебательное движение задается от ролика трения, соприкасающегося с обра­ ботанной или обрабатываемой поверхностью.

Т о ч н о с т ь м е х а н и ч е с к о й о б р а б о т к и оп­ ределяется большим количеством факторов; значитель­ ная часть их в одинаковой мере определяет ее вне за­ висимости от того, осуществляется процесс резания с вибрациями или без них. К этой группе факторов отно­ сятся погрешности, связанные с действием остаточных внутренних напряжений в материале заготовок и гото­ вых деталей, а также неточности изготовления и уста­ новки инструмента, погрешности, связанные с установ­ кой заготовки на станке и ее деформациями при закреп­